Тема: «Физика и детская игрушка»

Форма занятия: выставка игрушек в ГПД (группе продленного дня) для учащихся 1- 4 классов.

Цель занятия: показать связь замечательного мира детских игрушек с миром науки  физики.

Задачи для учащихся – экскурсоводов:

1. Рассказать о физических принципах устройства игрушек – экспонатов.

2. Проиллюстрировать эти принципы с помощью физических приборов.

3. Продемонстрировать игрушки, в устройстве и действии которых используются

    физические явления и законы.

Раздел выставки

Игрушки

Опыты

1. Звуковые игрушки

Погремушки, поющая птичка, «говорящие куклы», свирель, шарманка, пианино, гитара, балалайка

1. Колебание шарика вблизи ветвей камертона
2. Резонанс камертонов
3. Звучание струны пианино

2. Плавающие игрушки, действие которых основано на существовании Архимедовой силы

Надувные «спасательные

круги», водолаз, кораблик, лодочки

1.      Иллюстрация закона Архимеда

2.      «Картезианский водолаз»

3.      Плавание яйца внутри раствора соли

3. Заводные игрушки

Заводные машинки, зверюшки,

детская железная дорога

1. Полет закрепленной пружины при пережигании стягивающей её нити
2.  Движение шара под действием скатывающегося с горы цилиндра

4. Инерционные  игрушки

Инерционные автомобили, самолётики.

1. Опыт с наклонной плоскостью, бруском и куклой на машинке
2. Выбивание монетки из стопки резким ударом

5. Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести

Кукла – неваляшка, зайцы, кукла с закрывающимися глазами, клоун на проволоке.

1. Равновесие линейки
2. Центр тяжести различных фигур
3. Опыт с «этажеркой»
4. Поднятие вверх по наклонной плоскости тела в виде двух склеенных основаниями конусов

Примерные тексты экскурсий с указанием использованных игрушек и возможных опытов.

1.Звуковые игрушки

Мы живем в мире звуков. Где бы мы не находились, нас сопровождают разные звуки. Например, ребенок ещё совсем маленький, а уже гремит погремушкой. Это его первая игрушка, и она звуковая.

Демонстрации: звучание погремушки, гитары, маракаса, балалайки

Опыт 1. Если по камерону ударить молоточком, то он зазвучит. Поднесем к звучащему камертону теннисный шарик, подвешенный на нити. Ветви камертона будут его периодически отталкивать. Это показывает, что ветви звучащего камертона колеблются. Как только прекращаются колебания камертона – исчезает и звук. Следовательно, источниками звука являются колеблющиеся тела.

(Демонстрация свистульки, изготовленной учащимся.)

Теперь посмотрим другую игрушку – звучащего кота. Когда мы нажимаем на нее, воздух выходит из подушечки, находящейся внутри игрушки, а когда мы отпускаем – устремляется внутрь игрушки, она постепенно распрямляется, воздух внутри неё колеблется, издавая звук.

   «Говорящие» куклы умеют произносить: «Мама».  Причина этого – колебания воздуха внутри кожаной коробочки с отверстиями, которую помещают внутрь игрушки. При наклоне куклы груз, находящийся в коробочке, падает, заставляя воздух в ней сжиматься и выходить из отверстия. Колебания воздуха сопровождаются звуком.

    Причиной музыкальных звуков, издаваемых гитарой, балалайкой, пианино являются колебания воздуха внутри неё. Чтобы звук был громче, музыкальные инструменты имеют специальные резонаторные ящики. Колебания струн, клавиш через стенки передаются воздуху в ящиках, который начинает тоже колебаться и издавать звук.

      Опыт 2. Камертон, снятый с резонаторного ящика, звучит очень тихо. Если же поставить камертон на ящик, то его колебания через стенки ящика передаются воздуху в нем. Вследствие этого воздух тоже начинает колебаться и издавать звуки. Если частота колебаний камертона и воздушного столба одинаковы, то происходит усиление звука – резонанс. Теперь вам понятно, для чего у шарманки, гитары, пианино делают резонаторные ящики.

          2. Плавающие игрушки, действие которых основано на существовании   Архимедовой силы.

 Если вы не умеете плавать, вам  на помощь придут надувные резиновые игрушки.            

Эти игрушки не тонут, потому что обладают большой подъемной силой, так как вес их намного меньше действующей со стороны воды выталкивающей силы.

    Величина выталкивающей силы зависит от  плотности жидкости, поэтому в морской соленой воде легче плавать, чем в реке или озере.

Убедимся в этом на опыте. Опустим яйцо в банку с обычной пресной водой – оно тонет. Будем подсыпать в воду соль – яйцо всплывет.

    Законы плавания тел используются в устройстве детской игрушки «водолаз».

 Для опыта  используем плавание перевернутой пробирки внутри цилиндра с водой, затянутого пленкой.  (Целесообразнее вместо пробирки взять яркую фигурку водолаза – игрушки). Если нажать пальцем на перепонку, воздух в сосуде сжимается и сильнее давит на воду, вследствие чего некоторое количество воды входит в нижнее отверстие игрушки. «Водолаз» становится тяжелее и опускается на дно.

   Обратите внимание на наш бассейн. Вы видите здесь много корабликов, лодочек. Представьте себе, что перед вами большой корабль. Его только что построили и должны узнать предельный вес груза, который может перевозить этот корабль. Но не могут же нагружать корабль до тех пор, пока он не утонет, и таким образом узнать предельный вес груза. Наибольший допустимый вес груза узнают заранее.

(Демонстрация плавания железной коробки). Опыт с плавающей железной коробкой показывает, что коробка вытесняет своей подводной частью количество воды, равное её весу. В этом отношении все суда и корабли похожи на нашу коробку.

Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой. Наибольшую допускаемую осадку отмечают на корпусе судна красной линией, которая называется ватерлинией. Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии, равной силе тяжести судна с грузом называется водоизмещением судна.

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

1. Заводные игрушки

      Очень давно, ещё маленькими, мы полюбили эти игрушки: косолапого мишку, зайку, курочку. Почему движутся заводные игрушки? Разберемся с устройством игрушки «Курочка ряба».

Механизм, при помощи которого происходит движение, состоит из основного вала и двух ведомых, пружины и зубчатого колеса. Сжатая пружина обладает  потенциальной энергией взаимодействия её частей. За счет потенциальной энергии тело может совершать работу.

Опыт 1. Поместим пружину на металлический стержень от подъемного столика. Сожмем пружину и свяжем её ниткой. Разрежем (или подожжем) нитку, пружина взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как её потенциальная энергия (энергия взаимодействия), перешла в кинетическую энергию (энергию движения).

Опыт 2. С наклонной плоскости пустим цилиндр, на пути которого находится шарик. Шарик тоже приходит в движение.  Явление объясняется также передачей энергии движения в энергию взаимодействия.

(Демонстрация заводной игрушки – автомобиля, изготовленной учащимся)

4. Инерционные игрушки.

            Вы, ребята, смотрели сейчас заводные игрушки. А эти игрушки не требуют завода, но тоже некоторое время движутся, если мы поможем им и подействуем силой своей руки.

      Эти инерционные игрушки помогла создать физика. Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на задней или передней оси находится ряд шестеренок, которые в свою очередь соединяются с маховиком. Мы толкаем автомобиль, шестеренки придают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, и, следовательно, будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили.

    Явление инерции можно наблюдать на опытах:

Опыт 1. Установим на столе доску. Внизу у доски положим брусок. Поместим на наклонную доску грузовик с находящейся в нем куклой и предоставим ему возможность скатываться вниз. В конце доски грузовик остановится, а кукла, продолжая двигаться, упадет. Следовательно, движение тел сохраняется до тех пор, пока они не встретят на своем пути препятствие.

Опыт 2. Линейкой выбиваем монетки из столбика. Столбик не разваливается ,т.к. монеты по инерции сохраняют состояние покоя.(Другой вариант опыта: выбивание резким щелчком открытки, лежащей на стакане, на которой находится ластик. Открытка отлетает в сторону, а ластик, по инерции, остается в покое на том же месте и затем  падает  в стакан).

   (Демонстрация детской «рогатки» и объяснения принципа действия).

1. Игрушки, действие которых основано на  различном положении центра тяжести.

     Представим себе, что мы с вами в цирке. Выступают акробаты, ловко подбрасывают мячи жонглеры, передвигаются осторожно на большой высоте канатоходцы. Есть особые секреты, не зная которые невозможно стать цирковым артистом. Эти секреты заключаются в законах физики, без которых жонглер не может быть находчивым и ловким. Например, он должен знать, при каких условиях тело может опрокинуться, или изменить направление полета.

    Все это знали и на фабрике детской игрушки. Посмотрите, какую красивую неваляшку там сделали.  А чтобы понять, почему она никогда не падает, обратимся к физике.

Опыт 1. Возьмем линейку и подвесим её на нитке так, чтобы нитка свободно передвигалась. Будем менять положение  петли, чтобы линейка пришла в равновесие. В этом случае говорят, что линейка подвешена в центре тяжести.

     А теперь рассмотрим, при каких условиях тела находятся в равновесии. Для этого возьмем «этажерку» и проделаем опыт.

Опыт 2. Положение этажерки будем менять и заметим, что если вертикаль, проведенная из центра тяжести, пересекает площадь опоры, то этажерка остается в равновесии. Устойчивое равновесие наблюдается при самом низком положении центра тяжести.

     Большой устойчивостью обладает тело, имеющее форму шарового сегмента, лежащего на своей выпуклой поверхности. Такое тело используется в устройстве распространенной игрушки  «неваляшки». При всяком наклоне игрушки её центр тяжести поднимается. Это вызывает самостоятельное движение игрушки к исходному положению наиболее устойчивого равновесия, при котором центр тяжести расположен ниже.

(Демонстрация самодельных «Неваляшек).

   Рекомендации:  Выступления экскурсоводов  должны быть строго синхронизированы. Согласно приведенному выше плану каждая экскурсия рассчитана на 7 - 8 минут.