Муниципальное образовательное учреждение

Шатковская средняя общеобразовательная школа №1

Исследовательский проект по физике

Физика в детских игрушках

Выполнила: ученица 8а класса

Торопова Юлия

Руководитель: учитель физики

Петрова Е.В.

р.п.Шатки

2015г.

Содержание

Введение.

Инерция и игрушечный автомобиль.

Пружины в игрушках.

Плавающие игрушки и архимедова сила.

Заключение.

Литература.

Интернет-источники.

Введение.

Иногда о чем-нибудь незначительном, пустячном говорят: «А! Это просто игрушки!». Но разве игрушки - пустяк? Игрушки, несомненно, были сделаны для того, чтобы развивать детей физически и интеллектуально. Детские игрушки запечатлели в себе историю развития человечества и науки. Вот такая серьезная вещь - игрушки.

С прошлого года, когда мы приступили к изучению нового предмета физики, и игрушки открылись для меня с новой, совершенно неожиданной стороны. С самого раннего детства начинается наше знакомство с физикой. Играя, мы не обращаем внимания на встречающиеся в устройстве и работе игрушек физические явления и законы. Внимательно посмотрев на игрушки, которые в большом количестве есть в каждом доме, я нашла в них много материала, который требует объяснения с физической точки зрения.

Поэтому я решила отразить мир физики через детские игрушки.

Актуальность исследования: Я считаю свою работу актуальной, так как она повышает интерес к изучению физики и доступна людям разных возрастов, даже не обладающих большими знаниями в области технических наук. Каждый человек должен иметь представление о физических явлениях и законах, с которыми непосредственно сталкивается в повседневной жизни с самого раннего детства.

Цель работы: рассмотреть применение физических явлений и законов в практической деятельности человека на примере создания детских игрушек.

Объект исследования - детские игрушки.

Предмет исследования - физические явления и законы, используемые в устройстве и работе детских игрушек.

Инерция и игрушечный автомобиль.

Положили на асфальт два шарика - один тяжелый, а другой легкий. Толкнули тяжелый шарик, наскочил он на легкий, но даже этого не заметил - катится дальше. А потом наоборот, толкнули легкий шарик. Наскочил легкий шарик на тяжелый, да где ему с такой тяжестью и ленью справиться! Сам отскочил в сторону.

Про тело, которое при взаимодействии медленнее изменяет свою скорость, говорят, что оно более инертно и имеет большую массу. А про тело, которое при этом быстрее изменяет свою скорость, говорят, что оно менее инертно и имеет меньшую массу.

«Наверное, и ты встречался с инерцией. Вспомни, бежишь и вдруг ноги за что-нибудь запнулись, остановились, а ты вперед летишь по инерции, пока не упадешь на землю. Бывает и наоборот, стоит автобус на месте, а потом резко трогается. Автобус уже поехал, а пассажиры еще сидят неподвижно, и от этого все откидываются назад.» [2]

Используя явление инерции можно проделать следующие опыты [3]:

На краю ровного стола положи полоску бумаги так, чтобы она свисала с края стола. На эту полоску поставь на ребро монету. Ну-ка, вытащи теперь из-под монеты полоску бумаги - только, чур, не урони монету!

Положи на указательный палец левой руки квадратик плотной бумаги или тонкого картона. А сверху положи монету. Если резко щелкнуть по краю квадратика, он выскочит прочь, а монета останется на пальце.

Движение по инерции лежит в основе принципа действия игрушек - автомобилей, мотоциклов: на задней или передней оси, соединяющей колёса, находится ряд шестерёнок, которые в свою очередь соединяются с маховиком, то есть массивным цилиндром. Мы толкаем автомобиль, шестерёнки передают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, поэтому будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили. Именно благодаря тяжелому маховику такую игрушку трудно остановить и она будет двигаться по инерции гораздо дольше времени, чем такая же игрушка без маховика.

Пружины в игрушках.

С каким восторгом ребенок смотрит на прыгающую лягушку или передвигающуюся по столу бабочку, которая во время движения машет крыльями. Это похоже на чудо, а мама, запустившая игрушку, в глазах ребенка выглядит просто волшебницей. Но никаких чудес здесь нет и обычный ученик 7 класса, знающий физику, может объяснить, почему движутся эти игрушки.

Разберемся в этом, ознакомившись с устройством некоторых из них. Внутри этих игрушек - пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу.

Поставим опыт: поместим пружину на металлический стержень от штатива. Сожмем ее и свяжем ниткой. Подожжем нитку, пружина взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как ее потенциальная энергия перешла в кинетическую.

Когда мы заводим игрушку, поворачивая ключ, пружина внутри игрушки сжимается, увеличивается ее потенциальная энергия. Чем больше оборотов ключа мы сделаем, тем сильнее сожмем пружину, тем больший запас потенциальной энергии получит пружина. А теперь пора игрушку отпустить. Пружина внутри игрушки начинает раскручиваться, потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию игрушки. В основе работы этих игрушек лежит закон сохранения механической энергии.

А вспомните пружинные пистолеты с пулями-присосками. Когда мы вставляем пулю в пистолет, сжимается пружина, находящаяся внутри. Деформированная пружина обладает запасом потенциальной энергии, за счет которой при спуске курка начинается движение пули. В соответствии с законом сохранения механической энергии потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию пули-присоски. Можно объяснить и следующее за выстрелом явление присасывания пули к поверхности. Это явление можно объяснить существованием атмосферного давления. Когда присоска ударяется о поверхность, некоторая часть воздуха выбрасывается из-под присоски из-за этого удара. В результате силы атмосферного давления прижимают пулю-присоску к поверхности, т.к. атмосферное давление больше, чем давление под присоской.

Плавающие игрушки и архимедова сила.

Если погрузить в воду мячик и отпустить, то мы увидим, как он тут же всплывет. То же самое происходит и с другими телами (пробкой, щепкой). Какая сила заставляет их всплывать?

Когда тело погружают в воду, на него со всех сторон действуют силы давления воды. В каждой точке тела эти силы направлены перпендикулярно его поверхности. На разных глубинах гидростатическое давление различно: оно возрастает с глубиной. Поэтому силы давления, приложенные к нижним участкам тела, оказываются больше сил давления, действующих на тело сверху. Преобладающие силы давления действуют в направлении снизу вверх. Это и заставляет тело всплывать. Поскольку эта сила направлена вверх, ее называют выталкивающей силой. Есть у нее и другое название - архимедова сила (по имени Архимеда, который впервые указал на ее существование и установил, от чего она зависит).

Но если на любое тело, погруженное в жидкость, действует архимедова сила, почему же тогда тонет камень или гвоздь?

Мы знаем, что на любое тело, находящееся в жидкости, действуют две силы: сила тяжести F_т, направленная вертикально вниз, и архимедова сила F_А, направленная вертикально вверх. Если эти силы равны, то тело будет находиться в равновесии: F_т= F_А. Это равенство выражает условие плавания тел: чтобы тело плавало, необходимо, чтобы действующая на него сила тяжести уравновешивалась архимедовой силой.

Преобразуем равенство и запишем условие плавания тел в иной форме: ρV=ρ_ж V_ж. Из полученного соотношения можно сделать следующие выводы:

• чтобы тело плавало полностью погруженным в жидкость, необходимо, чтобы плотность тела была равна плотности жидкости;

• чтобы тело плавало частично выступая над водой, необходимо, чтобы плотность тела была меньше плотности жидкости;

• при ρ>ρ_ж плавание тела невозможно, так как в этом случае сила тяжести превышает архимедову силу, и тело тонет.

Если вы не умеете плавать, вам на помощь придут надувные резиновые игрушки. Эти игрушки обладают большой подъемной силой, потому что действующая на них сила тяжести намного меньше выталкивающей силы.

Итак, законы плавания тел всегда учитываются при изготовлении игрушек, поэтому они и сами плавают на воде, и нам помогают плавать.

Заключение.

При выполнении этой исследовательской работы я узнала много нового, заинтересовалась изучением физики и лучше стала в ней разбираться. Эта работа доступна людям всех возрастов, ведь для объяснения работы многих детских игрушек достаточно знаний школьного курса физики. На этом я не собираюсь останавливаться и планирую продолжить свою работу, ведь впереди еще так много интересного.

Литература:

1. Открой увлекательный мир науки с помощью занимательных опытов. «365 научных экспериментов».

2. Сикорук Л.Л. Физика для малышей.

Интернет-источники:

class-fizika.narod.ru/