IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Перевертыш - кувырок
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Детство невозможно представить без игрушек. Каждый ребёнок познает мир с самого рождения через игрушки: от погремушек и кубиков в грудном возрасте до электронных авторучек и планшетных компьютеров в более старшем возрасте. В современном мире существует множество игрушек. А существуют ли такие игрушки, которые были интересны во времена моих родителей, и которыми будет играть нынешнее поколение?
Недавно во время переезда мой дедушка нашел игрушку, которой играли еще мои мама и дядя. Называется она «Кувырок». Мне понравилась эта игрушка, но сразу же появились вопросы: почему она кувыркается? Почему кувыркается только по наклонной поверхности? Как она устроена? Можно ли изготовить такую игрушку самому? Ответить на эти и некоторые другие вопросы я попытаюсь в своей работе.
Цель – изучить принцип работы игрушки «Кувырок».
Задачи – изучение литературы по данной теме;
– изготовление игрушки в домашних условиях, чтобы лучше понять принцип
её работы;
– проведение экспериментов.
Объект исследования – игрушка «Кувырок»
Предмет исследования – устройство и принцип работы игрушки.
Методы исследования: - анализ литературы;
- опрос одноклассников;
- эксперимент.
Из истории появления подвижных игрушек
С амая древняя подвижная игрушка найдена в Египте и датируется 3 тысячелетием до н.э. Это была шагающая фигурка быка. Для того чтобы он шагал, покачиваясь из стороны в сторону, в изготовлении был использован закон маятника.
Примерно в XVIII веке деревянные игрушки стали делать подвижными и на Руси. Предположительно в Нижегородской области. Появились кузнецы, по очереди бьющие молотом по наковальне, мужики, колющие дрова, курочки, клюющие зерна, фигурки зверей с двигающимися головами и лапами. Первые русские деревянные неваляшки появились на ярмарках в начале XIX века. Тогда их называли «кувырканами». «Кувырканы» изображались в виде богатых купцов, разодетых в роскошные одеяния, а также клоунов (скоморохов) [3].
Игрушки этого типа можно условно поделить по характеру движения:
игрушки-каталки
крутящиеся (юла, волчок)
качающиеся (неваляшка, лошадка-качалка, …)
лазающие и кувыркающиеся (клоун-верхолаз, кувырок…)
шагающие игрушки (шагающие куклы, «Идет бычок, качается», скачущая белка).
Их объединяет то, что все они передают движение и равновесие (отсюда и название – динамические игрушки) [3].
Принцип действия игрушки – «перевертыша»
Необычность этой игрушки в ее перемещениях. За счет изменения центра тяжести игрушка совершает забавные и непредсказуемые движения при ее перемещении. Конструкция очень простая — это полый цилиндр со сферическими окончаниями. Внутри находится тяжелый шарик, чем тяжелее тем лучше. Шарик перемещается по внутренней полости и «подминает» внешнюю оболочку, которая благодаря своей легкости совершает, казалось бы, непонятные движения.
Стоит слегка подтолкнуть перевёртыш, как он начинает самостоятельно перемещаться. Секрет заключается в постоянном изменении центра тяжести.
А что такое центр тяжести? В разных источниках мы нашли множество определений центра тяжести:
центртяжести — неизменно связанная с твёрдым телом точка, через которую проходит равнодействующая сил тяжести, действующих на частицы этого тела при любом положении тела в пространстве. (Энциклопедический словарь)
центртяжести — геом. точка, неизменно связанная с твёрдым телом, через которую проходит равнодействующая сила всех сил тяжести, действующих на частицы тела при любом его положении в пространстве; она может не совпадать ни с одной из точек данного тела (Физическая энциклопедия)
центртяжести — точка приложения равнодействующей сил тяжести (весов) всех отдельных частей (деталей), составляющих данное тело. (Технический железнодорожный словарь) [6].
Самым понятным для меня оказалось определение Архимеда: «центром тяжести каждого тела является некоторая расположенная внутри него точка – такая, что если за неё мысленно подвесить тело, то оно остается в покое и сохраняет первоначальное положение».
Наша игрушка постоянно меняет центр тяжести. Когда она находится в вертикальном положении, она напоминает неваляшку – игрушку со смещённым вниз центром тяжести, которую очень сложно «уложить» на бок. Если же жёлоб, в котором находится наш «перевертыш», наклонить, то центр тяжести начинает смещаться в ту сторону, в которую катится шарик, находящийся внутри перевертыша. Принцип действия основан на том, что внутри объёма малой плотности присутствует грузило, в результате чего игрушка стремится занять строго определённое конструкцией положение. В этом случае равновесие становится неустойчивым, потому что при отклонениях тела от этого положения возникает сила, стремящаяся еще больше отклонить тело от начального положения.
В учебнике А.В. Пёрышкина «Физика – 7» дано такое определение центра тяжести – «… это точка приложения равнодействующей сил тяжести, действующих на отдельные части тела, которая не меняет своего положения при любых поворотах или перемещениях» [1].
Получается, что обычная детская игрушка – это сложный механизм, подчиняющийся физическим законам. Попробуем сами изготовить игрушку – кувырок, используя подручные материалы.
Изготовление игрушки своими руками.
В сети мы нашли несколько описаний, а также видео изготовления игрушки – перевертыша. Для игрушки нужен картон, марля или бинт и металлический шарик, клей. Все расчеты мы проводили вместе с мамой.
Из листа картона вырезаем прямоугольник. Размеры прямоугольника зависят от размеров шарика. Шарик должен свободно кататься внутри будущей трубочки.
Вырезаем прямоугольник и склеиваем его в форме трубочки. Можно использовать готовые трубки (основа для кухонной фольги, бумажных полотенец, и т.д.).
Из кусочка марли или бинта вырезаем два небольших квадрата, которые закроют отверстия нашей трубки, чтобы шарик не выкатывался наружу.
Заклеиваем один конец трубки кусочком марли, кладем внутрь шарик, заклеиваем второй конец трубки.
Изготовим жёлоб для нашей игрушки – перевертыша. Из картона вырезаем полосу шириной чуть больше нашей игрушки. Игрушка должна свободно передвигаться по жёлобу. Отгибаем края желобка, можно их зафиксировать с помощью клея или скотча. Желобок готов.
Осталось украсить нашего перевертыша. Вот что у нас получилось.
«Подвижные» эксперименты.
Мы изготовили несколько моделей, которые имеют разную форму и разные размеры. Мне стало интересно, а какая модель наиболее быстрая?
Эксперимент 1. Возьмём два перевертыша разной формы. Используя желобки одинаковой длины, проверим, какая из фигур движется, «кувыркается» быстрее. Эксперимент показал, что более быстрым оказался перевертыш, который имеет форму цилиндра.
Эксперимент 2. Возьмем два перевертыша одинаковой цилиндрической формы, но разных размеров. Используя желобки одинаковой длины, проверяем, какой из перевертышей более быстрый. Оказалось, что игрушки, имеющие одинаковую форму, имеют почти одинаковую скорость. Более «шустрой» оказалась игрушка, имеющая меньшие размеры.
Эксперимент 3. Зависит ли скорость «кувыркания» от угла наклона желобка? Оказалось, что чем сильнее мы наклоняем желобок, тем быстрее наша игрушка кувыркается.
П осле проведенных экспериментов мы устроили соревнования в классе, чтобы выяснить, чей же перевертыш самый быстрый.
Заключение
В ходе выполнения работы мы изучили историю создания подвижных игрушек, смогли самостоятельно изготовить игрушки и объяснить устройство самих игрушек, опираясь на первоначальные знания такого предмета, как физика.
Целью моей работы было не только изучение принципа работы игрушки «Кувырок», но и опробование её в действии. Я рассказал одноклассникам о своей работе и показал эксперименты с игрушкой «Кувырок». Моим одноклассникам игрушка очень понравилась. Учитель предложила сделать нам такую игрушку на уроках технологии. В сети интернет нам удалось найти аналог нашей игрушки. Она называется «мокуру» - палочка-перевертыш, которая используется в офисах как игрушка – антистресс.
Я считаю, что полезно не только играть с игрушками, но и пытаться разобраться в их устройстве. Там, где нам не хватает знаний, всегда могут помочь умная книга, учителя и родители. Данную работу можно продолжить. Сделанные игрушки и теоретический материал можно использовать во внеклассной работе для демонстрации занимательных опытов, а так же на уроках физики.
Список литературы
Пёрышкин А.В. Физика. 7кл.: учеб.для общеобразоват. учреждений/ А.В. Пёрышкин. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2018. – 221, [3]с.: ил.
Мастер класс. Ванька – перевертыш [Электронный ресурс]- режим доступа https://master-klass.livejournal.com/435622.html - Загл. с экрана.
Путеводитель по русским ремёслам. Русская динамическая игрушка [Электронный ресурс] – режим доступа https://ru.russianarts.online/13186-russkaya-dinamicheskaya-igrushka/ - Загл. с экрана.
Сделай сам своими руками. Игрушка – кувыркалка. [Электронный ресурс]- режим доступа https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fsdelaysam-svoimirukami.ru%2F88-igrushka_kuvyrkalka.html – Загл. с экрана.
Секрет мастера. Перевёртыш. [Электронный ресурс]- режим доступа https://sekret-mastera.ru/podarki-2/perevertysh.html - Загл. с экрана.
Словари и энциклопедии на Академике. Физическая энциклопедия [Электронный ресурс]- режим доступа https://dic.academic.ru – Загл. с экрана.