Занимательная физика для младших школьников

Занимательная физика

Цель: повышение интереса к предмету через раскрытие физической природы тех явлений, с которыми школьники сталкиваются практически ежедневно, наблюдая за окружающим миром.

1. А карандаш-то не падает!

Представь, что тебе понадобилось приподнять шкаф. Не хватает сил? Не горюй! Подсунь под край шкафа крепкую палку - и ты приподнимешь его без особого труда.
Ты хочешь раздавить орех и не можешь сделать это руками. Но есть специальные щипцы для орехов. С их помощью ты легко справишься с этой задачей.
Тебе нужно разрезать жесть. Возьми ножницы по металлу. Хорошие ножницы режут жесть, как бумагу.
Все эти случаи на первый взгляд очень разные. И все-таки они похожи один на другой.
У тебя не хватает силы, чтобы сделать ту или иную работу. Тогда ты берешь в руки какое-то приспособление - и работа сразу становится тебе по силам!
И самое удивительное здесь то, что приспособление - палка, щипцы, ножницы - не имеет двигателя, не имеет никакой собственной силы. Оно только увеличивает ту силу, которую прикладываешь ты.
Чтобы понять, как это, получается, проделай опыт. Возьми два предмета разного веса. Я брал фарфоровую фигурку бегемота и гораздо более легкую деревянную птичку. Посади их на концы линейки, положенной серединой на круглый карандаш. Кто перетянет? Ясно, что бегемот. Он ведь тяжелее.
Ну, а если сдвинуть карандаш поближе к бегемоту? Смотри-ка: птичка и бегемот уравновесились! А подвинь карандаш еще ближе к бегемоту - и птичка перевесит!
Что же понадобилось легкой птичке для того, чтобы перетянуть тяжелого бегемота? Приспособление, состоящее из линейки и карандаша. Линейка опирается на карандаш. Место, в котором она опирается, называют точкой опоры.
В этом опыте мы взяли линейку потому, что на нее удобно ставить фигурки. Можно было бы взять и круглую палку, и брусок, да и мало ли какой еще продолговатый предмет. Действие было бы тем же са-
мым, только птичку и бегемота пришлось бы не ставить, а привязывать, или подвешивать, или приколачивать.
Длинную палку с точкой опоры называют рычагом. Это очень древнее приспособление. О рычаге сказал великий механик и математик древности Архимед из Сиракуз: «Дайте мне точку опоры - и я сдвину Землю!»
Палка, подсунутая под шкаф, - это рычаг. И ты своим «птичьим» нажимом поднимаешь на ней «бегемота» - целый шкаф.
Каждая половинка щипцов для орехов - это рычаг. Поэтому «птичка» - твои пальцы осиливают «бегемота» - сопротивление твердого ореха.
И каждая половинка ножниц - тоже рычаг. Поэтому «птичка» - твоя рука на этот раз осиливает сопротивление толстой жести.
Посмотри внимательно на рисунок и сообрази, где находится в каждом случае точка опоры, где приложенная сила («птичка») и где сопротивление («бегемот»).

2. Бумажная рыбка

Вырежи из плотной бумаги рыбку. На нашем рисунке она показана в натуральную величину. В середине у рыбки круглое отверстие А, которое соединено с хвостом узким каналом АБ. Налей в таз воды и положи рыбку на воду так, чтобы нижняя сторона ее вся была смочена, а верхняя осталась совершенно сухой.
Это удобно сделать с помощью вилки. Положив рыбку на вилку, осторожно опусти ее в воду. Рыбка поплывет, а вилку утопи поглубже и вытащи.
Теперь нужно капнуть в отверстие А большую каплю масла. Лучше всего воспользоваться для этого масленкой от велосипеда или швей-
ной машины. Если масленки нет, можно капать с помощью соломинки. Обрезок соломинки, не имеющий «суставов», опусти одним концом в масло на 2-3 мм. Потом верхний конец прикрой пальцем и перенеси соломинку к рыбке. Держа нижний конец точно над отверстием А, отпусти палец. Масло вытечет прямо в отверстие.
Стремясь разлиться по поверхности воды, масло потечет по каналу АБ. Растекаться в другие стороны ему не даст рыбка. Как ты думаешь, что сделает рыбка под действием масла, вытекающего назад?
Ясно: она поплывет вперед.

3. Вверх по скату

В действительной жизни мы давно уже привыкли угадывать центр массы каждого предмета. Мы сразу соображаем, как положить, или поставить этот предмет, чтобы он не упал. Фокус ваньки-встаньки в том, что он обманывает наш глазомер. Его центр массы находится не там, где мы предполагаем. Поэтому ванька-встанька так упорно принимает положения, которые кажутся неестественными.

Давай сделаем еще один опыт, который на первый взгляд тоже противоречит законам равновесия. Из плотной бумаги или тонкого картона склей кольцо. На внутреннюю его сторону приклей в одном месте груз: деревянную чурочку, кусочек сургуча или другой небольшой предмет, весящий больше, чем само кольцо. Чтобы груз не был виден, заклей кольцо с обеих сторон бумагой. На ней можно что-нибудь нарисовать, например лицо. Если подбородок этого лица будет там, где груз, то его не удастся поставить «вверх ногами» (хотя, конечно, никаких ног у лица нет). «Лицо» будет катиться, пока не станет «подбородком» вниз. Оно может даже подниматься вверх по скату, как показано на рисунке. Линейка положена одним концом на книги. Всякое колесо скатилось бы по ней вниз. Но «лицо» поступает наоборот.
Поставь его на линейку у правого, нижнего, конца, но так, чтобы «подбородок» был почти на самом верху слева. Отпусти «лицо» - и оно покатится вверх по скату!
Конечно же, оно остановится, как только «подбородок» коснется линейки. Ведь при этом центр массы займет самое нижнее положение.

4. Водяная карусель

Она делается из пустой консервной банки. И инструменты нужны самые простые - молоток да небольшой гвоздь.
В боковой стенке банки, у самого дна, пробей гвоздем дырку. Потом, оставив гвоздь в дырке, отогни его в сторону. Нужно, чтобы дырка получилась косая, и струя из нее била вбок.
На другой стороне банки этим же гвоздем пробей вторую дырку, как раз напротив первой. И тоже отогни гвоздь в сторону, чтобы дырка была косая. Только посмотри сначала, в какую сторону отгибать. Если ты в первый раз вправо отгибал, то и теперь отогни вправо. Так и на картинке у нас нарисовано.
В верхней части банки пробей еще две дырки, тоже одну против другой. Только здесь гвоздь отгибать не надо. Эти дырки могут быть прямые. В них продень концы длинной нитки и завяжи их. Вот и готов прибор для наших опытов. Захвати с собой ведерко воды и ступай во двор.
Наполни банку водой и подними ее за нитку. Вода польется из нижних отверстий двумя косыми струйками. Конечно, эти струйки куда слабее, чем струя пламени, бьющая из сопла ракеты. Но и они окажут свое действие. Струйки бьют в одну сторону - банка закрутится в другую.
От этих опытов на дворе образуется лужа. И сам ты, наверное, тоже намокнешь. Ну да ничего! Зато теперь ты знаешь, почему летит ракета!

5. Воробей на ветке

Это еще одна интересная игрушка с устойчивым равновесием. Тело и голову воробья вылепи из пластилина. Прекрасный клюв получится из семечка подсолнуха. Вдави его тупым концом. Глаза воробья - спичечные головки, хвост - несколько перышек, ноги - из спичек.

На нижнем конце проволоки, воткнутой в тело воробья, укрепи шарик из пластилина. В тело воробья проволока должна входить позади лапок.

При достаточно тяжелом грузе воробей будет отлично сидеть на пальце. А если посадить его на ветку в саду, он будет покачиваться, как живой. Можно сажать его и на новогоднюю елку.

Ну а что будет, если груз легче воробья? Усидит наша птичка или свалится? Когда мы ставили карандаш на острие, то выяснили, что равновесие будет устойчиво, если главная тяжесть находится ниже точки опоры. Теперь главная тяжесть - туловище воробья - выше точки опоры. Значит, бедняга упадет?

Не торопись с ответом. Проверим на опыте. Передвигай пластилиновый шарик вверх и вниз по проволоке. Пытаясь уравновесить воробья при разных положениях легкого груза, ты увидишь, что птичка сидит устойчиво, когда груз сдвинут далеко вниз. А если груз высоко, под самым пальцем, то воробей будет опрокидываться.

Выходит, что устойчивость равновесия зависит не только от массы, но и от положения груза.

Для проверки сделай еще один опыт с пластилиновым воробьем. Попробуй уравновесить его, подперев проволоку ребром линейки. Ты увидишь, что чем выше поднят противовес, тем ближе к воробью то место проволоки, на котором она уравновешивается. Это место называют центром массы.

Не жалея времени на пробы, ты увидишь, что воробей сидит на пальце до тех пор, пока центр массы остается ниже точки опоры. А как только он станет выше, воробей упадет.

Значит, не обязательно, чтобы главная масса была внизу. Важно, чтобы ниже точки опоры был центр массы. Тогда при нарушении равновесия он пойдет вверх, и равновесие будет восстанавливаться.

6. Ракета из воздушного шарика

Почему плывет лодка? Потому, что гребец работает веслами. Весла загребают воду и толкают лодку вперед. Почему летит птица? Потому, что она крыльями машет. Крылья, словно весла, загребают воздух и толкают птицу вперед. Почему летит самолет с воздушным винтом? Потому, что у него двигатель работает и заставляет винт вращаться. Винт врезается в воздух, словно шуруп в доску, и тянет самолет вперед.
Если нет доски, шуруп можно вертеть сколько угодно. Он вперед не пойдет. Если нет воздуха, воздушный винт тоже можно вертеть сколько угодно. Он тоже вперед не пойдет. И сам не пойдет, и самолет за собой не потянет. Значит, винтомоторный самолет может летать только там, где есть воздух.
А вот на Луну самолет не полетит. Поднимется повыше, а там уже воздуха совсем мало. Дальше и вовсе безвоздушное пространство начинается. Как же там летать?
На Луну может долететь по инерции снаряд. А еще лучше - ракета. Ей воздух не нужен, она сама себя
толкает. У ракеты двигатель особый. В нем сгорает топливо и получается много горячих газов. А в дне у ракеты дырка. Называется сопло. Из этого сопла газы вырываются сильной струей. Это от них за ракетой, словно огненный хвост остается. Струя бьет назад - ракета летит вперед. Непонятно? Давай сделаем опыт.
Нет, на Луну мы с тобой пока не полетим. Наша ракета будет летать только в комнате. Мы сделаем ее... Впрочем, мастерить, здесь не придется. Возьми резиновую оболочку для детского воздушного шарика. Приложи ее горловину к губам и надуй. Затем отведи шарик от губ, оставив отверстие открытым. Воздух устремится наружу; ты почувствуешь на лице дуновение. Если поднести отверстие шарика к горящей свече, ее пламя затрепещет и может даже погаснуть.
Но если из надутого шарика бьет струя воздуха, значит, он может летать, как ракета?
Да, может! Надуй его снова, подняв лицо вверх. Как только выпустишь горловину из рук - шарик взлетит. При этом, конечно, весь воздух из него выйдет и «ракета» тут же упадет обратно. Ее действия хватает на какую-нибудь секунду. Гораздо дольше работает водяная карусель.

7. Яйцо в стакане

Ты уже выбивал нижнюю шашку из столбика. Достаточно сильным щелчком можно выбить открытку из-под куриного яйца. Положи открытку на стакан, до половины налитый водой, а сверху положи колечко от ключей и поставь на него яйцо.
Щелчок - и яйцо в стакане! На всякий случай лучше возьми яйцо не сырое, а сваренное вкрутую.