VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Физика в игрушках
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность
Я считаю, что игрушки были сделаны для того, чтобы развивать детей физически и интеллектуально, ведь мы не раз замечали, наблюдая за игрой младших братьев и сестер, как они пытаются разобрать игрушки, чтобы узнать, что внутри их. Все они отличаются друг от друга по многим признакам. И мы не задумываемся о том, что в основе действия некоторых из них лежат законы и явления физики.
В своей работе я хочу не просто рассмотреть физику некоторых игрушек, но и самостоятельно их изготовить из экологически чистых материалов. И думаю, что моя работа будет повышать интерес к изучению физики у учащихся и будет доступна людям разных возрастов, даже не обладающих большими знаниями в области технических наук.
Цель работы:
Изготовить игрушки, действие которых основано на явлениях и законах физики.
Задачи:
1. Изучить литературу, в которой описывается история создания игрушек и их изготовление;
2. Изготовить игрушки и объяснить принцип их работы;
3.Провести опрос среди учеников нашей школы (7-11 классы), какой закон или явление лежат в основе действия той или иной детской игрушки.
Объект исследования: физические явления и законы, используемые в устройстве и работе детских игрушек.
Гипотеза: если игрушка интересна детям, то она их развивает, а также будет интересна взрослым своей физической составляющей.
Методы исследования: наблюдение; эксперимент; сравнение; анализ.
1. Основная часть
1.1 История создания игрушек
Игрушки известны человечеству с глубокой древности, они были обнаружены археологами при раскопках остатков древних цивилизаций. Игрушки, найденные при раскопках Индской цивилизации (3000 -1500 до н. э.) включают маленькие повозки, свистки в виде птиц и игрушечных обезьянок, которые могут сползать по верёвке.
Самые древние игрушки сделаны из доступных природных материалов, камней, палок и глины. Тысячи лет назад египетские дети играли в куклы, у которых были парики и подвижные конечности, они были сделаны из камня, керамики и дерева. В Древней Греции и Древнем Риме дети играли с куклами, сделанными из воска и терракоты, луком и стрелами. В Греции, когда дети, особенно девочки, достигали совершеннолетия, было принято приносить игрушки детства в жертву богам. Накануне свадьбы девушки возраста около четырнадцати лет в качестве обряда посвящения во взрослую жизнь приносили свои игрушки в храм.
Технологический прогресс цивилизации повлиял и на детские игрушки. Сегодня игрушки изготовляются из пластмассы, появились игрушки с батарейками. Если раньше игрушки были самодельными, то сейчас существует целая индустрия игрушек с массовым производством и механизмами реализации.
По принципу работы игрушки делятся на следующие группы:
Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы и атмосферного давления (кораблики, лодочки, резиновые (полые) игрушки – уточки, водяные пистолеты).
Заводные игрушки (машины, зверюшки, железная дорога).
Инерционные игрушки (автомобили, самолеты).
Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести (кукла-неваляшка, клоун на проволоке).
Звуковые игрушки (погремушки, пищащие игрушки, говорящие куклы).
Электрические и магнитные игрушки (электрическая железная дорога, электрические автомобили, роботы, детский телефон).
Игрушки, действие которых основано на законах оптики (калейдоскоп, детские бинокли и подзорные трубы, детские фотоаппараты и камеры).
2.Практическая часть
2.1. Игрушки, действие которых основано на магнитном взаимодействии
Для изготовления этих игрушек я использовала следующее оборудование :
|
Рис. 1 |
один шарик от пинг-понга;
пластилин;
два магнита;
картон;
карандаши;
зубочистка;
ножницы.
На картоне я нарисовала и вырезала фигурки кошки и собаки. Шарики от пинг-понга разрезала пополам.
Заполнила полученные половинки пластилином, вдавила в него магниты.Рис.1
У магнита имеется два полюса: северный и южный. При этом если приблизить магниты друг к другу одноименными полюсами, они будут отталкиваться, а если разноименными – притягиваться. На взаимодействии магнитных полюсов и основано действие этой игрушки.
|
Рис.2 |
Сверху на половинках шариков я укрепила фигурки, ориентируя их и учитывая полярность магнитов таким образом, чтобы собака и кошка поворачивались друг к другу. Рис.2
2.2. Игрушки, действие которых основано на состоянии устойчивого равновесия
Равновесие тел. Если тело покоится, значит, оно находится в состоянии равновесия. Тогда геометрическая сумма сил, действующих на тело, равна нулю. Большинство тел покоится на опорах, в том числе и человек. Стоящий предмет (тело на опоре), не опрокидывается, если вертикаль, проведенная через центр тяжести, пересекает площадь опоры тела. Чем ниже располагается центр тяжести тела, тем оно устойчивее на опоре.
Устойчивое равновесие.
|
Рис.3 |
Если пытаться вывести тело из состояния устойчивого равновесия, то обязательно возникает сила, возвращающая его в исходное равновесное состояние. Например, шарик на дне чаши находится в единственном состоянии устойчивого равновесия. В этом положении линия, соединяющая точку опоры и центр тяжести тела, вертикальна. Рис.3
Игрушка "Ванька-встанька"
|
Рис. 4 |
|
Действие этой игрушки основано на состоянии устойчивого равновесия. У неваляшки внутреннее устройство таково, что создает смещенный вниз центр тяжести. Поэтому такое положение равновесия является устойчивым: центр тяжести корпуса неваляшки и точка ее опоры лежат на вертикали, причем расстояние между центром тяжести и точкой опоры, всегда наименьшее. Рис. 4
.
Для изготовления ванька-встаньки я использовала оборудование:
куриное яйцо;
нож;
цветную бумагу;
фломастеры;
свеча
клей;
свинцовую дробь.
На конце яйца я проткнула небольшую дырочку и извлекла содержимое. Внутренность яйца несколько раз промыла водой и в течение нескольких дней хорошо просушила. Через отверстие положила внутрь скорлупы 7 штук свинцовых дробинок и залила воском от свечи. После этого я обклеила игрушку цветной бумагой и раскрасила фломастерами. Рис. 5
|
Рис. 5. Этапы изготовления игрушки "Ванька-встанька" |
|||
Ванька-встаньку невозможно уложить. Какое бы положение ему не придать, он всегда будет стремиться принять состояние устойчивого равновесия.
2.3. Игрушки, действие которых основано на законах отражения
Калейдоскоп - это одна из старейших научных игрушек. Он в толковом словаре Даля назван «узорником». А далее описывается его устройство: «это трубка с двумя зеркальцами клином, где цветные стекляшки отражаются узорочною звездою, переменною, при всяком движении или обороте трубки».
Калейдоскоп – это оптический прибор, в основе действия которого лежит принцип отражения света от плоских зеркал, образующих между собой угол.
Изображение в плоском зеркале мнимое ("за зеркалом"), прямое (неперевернутое), в натуральную величину и расположено симметрично источнику относительно плоскости зеркала.
Для изготовления калейдоскопа я использовала оборудование:
картон
цветная бумага
фольга
втулка от бумажных полотенец
бисер
пластиковая бутылка
клей
скотч
Сначала я приклеила к картону фольгу с помощью клея. Затем согнула картон равносторонним треугольником и поместила во втулку. Сверху я поместила прозрачный диск, который вырезала из пластиковой бутылки. Насыпала в игрушку (на прозрачный диск) бисер и прикрыла вторым пластиковым диском, затем склеила это скотчем. На другой конец трубы поместила черный картонный диск с отверстием. Затем я выполнила внешний декор поделки, обернув ее цветной бумагой. Рис.6
|
Рис.6 Этапы выполнения калейдоскопа |
||
3. Анкетирование
Форма анкетирования - анонимная
Участники - 30 учащихся 7-11 классов
Цель – смогут ли учащиеся объяснить принцип действия детских игрушек, с физической точки зрения.
Вопросы:
1. Какой физический закон или явление лежит в основе действия той или иной детской игрушки (кораблик, «Ванька-встанька», калейдоскоп, машинка, водные пистолеты)?
2. Кто из вас разбирал в детстве игрушки?
Вывод:
В ходе анонимного анкетирования было установлено, что дети с удовольствием играли в детстве с игрушками. Разбирали и не всегда собирали их. Правильно указали принципы работы игрушек: кораблик (условия плавания тел, Архимедова сила), «Ванька-встанька» (законы статики, устойчивое равновесие тел), калейдоскоп (закон отражения света), машинка (инерция), водные пистолеты (давление жидкости и воздуха).
Заключение
В ходе выполнения работы я изучила историю создания игрушек, смогла сама изготовить игрушки и объяснить устройство самих игрушек, опираясь на знания такого предмета, как физика.
Результаты анкетирования учащихся нашей школы меня порадовали. Большая часть опрошенных знают принципы работы детских игрушек и что большинство детей также интересовались устройством и принципами работы игрушек ещё в раннем детстве, разбирая их.
Я считаю, что рассматривая мир простых и сложных игрушек, которые есть в любом доме, где только живут дети, можно посеять семена для будущих научных открытий и даже заложить основы будущей карьеры в науке.
Данную работу можно продолжить. Сделанные игрушки и теоретический материал можно использовать во внеклассной работе для демонстрации занимательных опытов, а так же на уроках физики.
Литература
А. В. Перышкин физика 9 класс, 2017
А. В. Перышкин физика 8 класс, 2017
Ральперштейн Л.Я. Занимательная физика. – М.: РОСМЕН, 2000.
http://class-fizika.ru/
https://bip-mip.com/nevalyashka-i-kuvyrkalka.html
http://class-fizika.ru/caled4.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B3%D1%80%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0