Іноді про що-небудь незначному, дріб'язковому кажуть: «А! Це просто іграшки! ». Але хіба іграшки - дрібниця? Іграшки, безсумнівно, були зроблені для того, щоб розвивати дітей фізично та інтелектуально. Дитячі іграшки відобразили в собі історію розвитку людства і науки. Ось така серйозна річ - іграшки.
З минулого року, коли ми приступили до вивчення нового предмета фізики, і іграшки відкрилися для мене з новою, зовсім несподіваного боку. З самого раннього дитинства починається наше знайомство з фізикою. Граючи, ми не звертаємо уваги на зустрічаються в пристрої і роботі іграшок фізичні явища і закони. Уважно подивившись на іграшки, які у великій кількості є в кожному будинку, я знайшла в них багато матеріалу, який вимагає пояснення з фізичної точки зору.
Тому я вирішила відобразити світ фізики через дитячі іграшки.
Актуальність дослідження: Я вважаю свою роботу актуальною, так як вона підвищує інтерес до вивчення фізики і доступна людям різного віку, навіть не володіють великими знаннями в галузі технічних наук. Кожна людина повинна мати уявлення про фізичні явища і закони, з якими безпосередньо стикається в повсякденному житті з самого раннього дитинства.
Мета роботи: розглянути застосування фізичних явищ і законів в практичній діяльності людини на прикладі створення дитячих іграшок.
Об'єкт дослідження - дитячі іграшки.
Предмет дослідження - фізичні явища і закони, які використовуються в пристрої і роботі дитячих іграшок.
Інерція та іграшковий автомобіль.
Вперті речі на світі живуть,
Ледачі речі на світі живуть,
Вперті речі на світі живуть,
Інерцією це впертість звуть.
«Зламався вагон, колеса замінити потрібно. На рейках біля депо стояла пара коліс. Підійшов робочий, навалився на них, а вони не їдуть, ще навалився, а вони знову не їдуть. Сяк-так зрушили з місця ледачі, котяться. Ось пора б і зупинитися, а вони далі їдуть. Робочий тримає їх щосили, а вони не зупиняються. Ледве-ледве встали вперті!
Чи не одні колеса на світлі ледачі і вперті.
Поклала Иришка на асфальт два кульки-один важкий, а інший легкий. Штовхнула важкий кульку, наскочив він на легкий, але навіть цього не помітив, котиться далі. А потім навпаки, штовхнула Иришка легкий кульку. Наскочив легкий кульку на важкий, та де йому з таким тягарем і лінню впоратися! Сам відскочив убік. Значить, важкі предмети «ледачіше» легких.
Предмети не винні, що вони ледачі і вперті. І щоб їх не ображати, фізики замість слів «лінь» і «упертість» кажуть «інерція». Інерція є у всіх предметів. »
Про тіло, яке при взаємодії повільніше змінює свою швидкість, говорять, що воно більш інертно і має велику масу. А про тіло, яке при цьому швидше змінює свою швидкість, говорять, що воно менш інертно і має меншу масу.
«Напевно, і ти зустрічався з інерцією. Згадай, біжиш і раптом ноги за що-небудь запнулася, зупинилися, а ти вперед летиш по інерції, поки не впадеш на землю. Буває і навпаки, варто автобус на місці, а потім різко рушає. Автобус вже поїхав, а пасажири ще сидять нерухомо, і від цього всі відкидаються назад. »
Використовуючи явище інерції можна виконати наступні досліди:
На краю рівного столу поклади смужку паперу так, щоб вона звисала з краю столу. На цю смужку постав на ребро монету. Ну-ка, витягни тепер з-під монети смужку паперу - тільки, цур, що не впусти монету!
Поклади на вказівний палець лівої руки квадратик щільного паперу або тонкого картону. А зверху поклади монету. Якщо різко клацнути по краю квадратика, він вискочить геть, а монета залишиться на пальці.
Рух по інерції лежить в основі принципу дії іграшок - автомобілів, мотоциклів: на задній або передній осі, що з'єднує колеса, знаходиться ряд шестерень, які в свою чергу з'єднуються з маховиком, тобто масивним циліндром. Ми штовхаємо автомобіль, шестерінки передають рух маховика. Маховик ж володіє великою масою, тому буде довго зберігати стан руху, яке йому повідомили. Саме завдяки важкій маховика таку іграшку важко зупинити і вона буде рухатися за інерцією набагато довше часу, ніж така ж іграшка без маховика.
Пружини в іграшках.
З яким захопленням дитина дивиться на стрибає жабу або пересувається по столу метелика, яка під час руху махає крилами. Це схоже на диво, а мама, яка запустила іграшку, в очах дитини виглядає просто чарівницею. Але ніяких чудес тут немає і звичайний учень 7 класу, знає фізику, може пояснити, чому рухаються ці іграшки.
Розберемося в цьому, ознайомившись з пристроєм деяких з них. Усередині цих іграшок - пружина. Стиснута пружина має потенційну енергією, за рахунок якої тіло може здійснювати роботу.
Поставимо досвід: помістимо пружину на металевий стрижень від штатива. Стиснемо її і зв'яжемо ниткою. Підпалимо нитку, пружина злітає високо вгору. Пружина придбала швидкість, так як її потенційна енергія перейшла в кінетичну.
Коли ми заводимо іграшку, повертаючи ключ, пружина всередині іграшки стискається, збільшується її потенційна енергія. Чим більше оборотів ключа ми зробимо, тим сильніше стиснемо пружину, тим більший запас потенційної енергії отримає пружина. А тепер пора іграшку відпустити. Пружина всередині іграшки починає розкручуватися, потенційна енергія пружини перетворюється в кінетичну енергію іграшки. В основі роботи цих іграшок лежить закон збереження механічної енергії.
А згадайте пружинні пістолети з кулями-присосками. Коли ми вставляємо кулю в пістолет, стискається пружина, яка перебуває всередині. Деформована пружина має запас потенційної енергії, за рахунок якої при спуску курка починається рух кулі. Відповідно до закону збереження механічної енергії потенційна енергія пружини перетворюється в кінетичну енергію кулі-присоски. Можна пояснити і наступне за пострілом явище присмоктування кулі до поверхні. Це явище можна пояснити існуванням атмосферного тиску. Коли присоска вдаряється об поверхню, деяка частина повітря викидається з-під присоски через це удару. В результаті сили атмосферного тиску притискають кулю-присосок до поверхні, т. К. Атмосферний тиск більше, ніж тиск під присоскою.
Плаваючі іграшки і архимедова сила.
Наша Таня громко плачет:
Впустила в річку м'ячик.
«Тихіше, Танечка, не плач,
Чи не потоне в річці м'яч ».
Якщо занурити в воду м'ячик і відпустити, то ми побачимо, як він тут же спливе. Те ж саме відбувається і з іншими тілами (пробкою, тріскою). Яка сила змушує їх спливати?
Коли тіло занурюють у воду, на нього з усіх боків діють сили тиску води. У кожній точці тіла ці сили спрямовані перпендикулярно його поверхні. На різних глибинах гідростатичний тиск по-різному: воно зростає з глибиною. Тому сили тиску, прикладені до нижніх ділянках тіла, виявляються більше сил тиску, що діють на тіло зверху. Переважаючі сили тиску діють в напрямку знизу вгору. Це і змушує тіло спливати. Оскільки ця сила спрямована вгору, її називають виштовхує силою. Є у неї і інша назва - архимедова сила (по імені Архімеда, який вперше вказав на її існування і встановив, від чого вона залежить).
Але якщо на будь-яке тіло, занурене в рідину, діє архимедова сила, чому ж тоді тоне камінь або цвях?
Ми знаємо, що на будь-яке тіло, що знаходиться в рідині, діють дві сили: сила тяжіння Fт, спрямована вертикально вниз, і архимедова сила FА, спрямована вертикально вгору. Якщо ці сили рівні, то тіло буде знаходитися в рівновазі: Fт = FА. Це рівність висловлює умова плавання тел: щоб тіло плавало, необхідно, щоб діюча на нього сила тяжіння врівноважувалася архимедовой силою.
Перетворимо рівність і запишемо умову плавання тіл в іншій формі: ρV = ρж Vж. З отриманого співвідношення можна зробити наступні висновки:
❖ щоб тіло плавало повністю зануреним в рідину, необхідно, щоб щільність тіла дорівнювала щільності рідини;
❖ щоб тіло плавало частково виступаючи над водою, необхідно, щоб щільність тіла була менше щільності рідини;
❖ при ρ> ρж плавання тіла неможливо, так як в цьому випадку сила тяжіння перевищує архимедову силу, і тіло тоне.
Якщо ви не вмієте плавати, вам на допомогу прийдуть надувні гумові іграшки. Ці іграшки володіють великою підйомною силою, тому що діюча на них сила тяжіння набагато менше сили, що виштовхує.
Отже, закони плавання тел завжди враховуються при виготовленні іграшок, тому вони і самі плавають на воді, і нам допомагають плавати.
Чому не можна покласти неваляшку.
У російській фольклорі цю іграшку іноді називають «Ванька-встанька».
Добре відомий принцип дії популярної дитячої іграшки-«неваляшки» - ефект повернення в один і той же стан досягається за рахунок зміщення центру ваги. Завдяки цьому у неї є тільки одне положення стійкої рівноваги (на підставі) і тільки одне положення нестійкої рівноваги (на голові).
У кожного предмета є центр ваги.
"Центром тяжіння кожного тіла є деяка розташована всередині нього точка - така, що якщо за неї подумки підвісити тіло, то воно залишається в спокої і зберігає початкове положення." (Архімед)
Так, наприклад, можна визначити центр ваги плоскої фігури:
Що стоїть предмет (тіло на опорі), що не перекидається, якщо вертикаль, проведена через центр ваги, перетинає площу опори тіла.
Падаюча башта в італійському місті Піза не падає, незважаючи на свій нахил, т. К. Прямовисна лінія, проведена з центру ваги, не виходить за межі підстави.
Якщо зробити в сірниковій коробці подвійне дно і заховати туди маленький грузик (отримаємо тіло зі зміщеним центром ваги), то можна з цим коробкою показати фокус. Показати глядачам, що коробок "порожній", і зрушити грузик до одного краю коробка. Встановити коробок на край столу так, щоб більша частина його звисали.
Майже весь коробок висить в повітрі, але не падає зі столу! Якщо не знати про важки, то здається, що центр ваги коробка вже не проектується на площу опори, і коробок просто зобов'язаний за всіма законами фізики впасти. Однак, немає!
У неваляшки внутрішній устрій таке, що створює зміщений вниз центр ваги. Тому такий стан рівноваги є стійким: центр тяжкості корпусу неваляшки і точка її опори лежать на вертикалі, причому відстань між центром ваги і точкою опори, завжди найменше.
Найпростіша неваляшка являє собою круглий порожнистий корпус, всередині якого в нижній частині закріплений вантаж. В результаті виходить об'ємна фігура зі зміщеним щодо геометричного центру центром тяжіння.
Звичайний порожниста куля володіє байдужим рівновагою: як би його не поклали, він буде перебувати в стані спокою, т. К. Центр тяжкості такого тіла завжди рівновіддалений від точки опори.
А порожнистий куля зі зміщеним центром ваги буде прагнути зайняти положення, при якому центр ваги буде найбільш наближений до точки опори. Тоді таку кулю виявиться в єдиному для нього положенні стійкої рівноваги.
Для малюків, які ще не навчилися акуратно їсти є навіть чашка-неваляшка.
Чашка - неваляшка з «носиком» і зручними ручками навчить малюка, який звик до пляшки, пити з чашки. Обтяжені дно не дозволяє чашці остаточно перевернутися, навіть якщо дитина невдало ставить її на стіл. А носик гуртки зроблений так, що якщо дитина і переверне її догори дном, то з неї не виллється ні крапельки. Коли малюк навчиться поводитися з чашкою, кришку з носиком для пиття і обтяжені дно можна буде зняти.
А ось так неваляшку можна зробити самому з пластикового яйця:
При виконанні цієї дослідницької роботи я дізналася багато нового, зацікавилася вивченням фізики і краще стала в ній розбиратися. Ця робота є доступною людям будь-якого віку, адже для пояснення роботи багатьох дитячих іграшок досить знань шкільного курсу фізики. На цьому я не збираюся зупинятися і планую продовжити свою роботу, адже попереду ще так багато цікавого.