Использование игрушек для постановки и решения физических задач

На тележку поместим фигурку солдата и заставим тележку вместе с ним двигаться, поставив впереди на некотором расстоянии препятствие. Тележка, ударившись о гирю, останавливается, а фигурка солдата, продолжая движение, падает. Кто вспомнил, в чём заключается явление инерции?

Когда мы заводим игрушку, поворачивая какой-либо рычаг, пружина внутри игрушки сжимается, при этом увеличивается ее потенциальная энергия. Чем больше оборотов мы сделаем, тем сильнее сожмется пружина, тем больший запас потенциальной энергии она получит. Отпуская игрушку, пружина внутри игрушки начинает раскручиваться, потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию движения игрушки.

Катушка падает вниз под действием силы тяжести. В нижней точке потенциальная энергия опустившегося йо-йо полностью переходит в кинетическую энергию вращения. Так как йо-йо, достигнув конца веревки, накопило достаточное количество вращательного момента, оно продолжает вращаться по инерции вверх, наматывая веревку на ось теперь уже в противоположном направлении. Конечно же, есть сила трения, и йо-йо не поднимется до конца руки, Чтобы игрушка вернулась, необходимо при нахождении её в нижней точке слегка поддернуть нить вверх, сообщив, тем самым, катушке дополнительную энергию.

Деформированная пружина обладает запасом потенциальной энергии, за счет которой при спуске курка начинается движение присоски. По закону сохранения механической энергии потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию присоски.

Колыбель Ньютона это механическая система, придуманная Исааком Ньютоном для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга: кинетической в потенциальную и наоборот.

Отклоняя и отпуская первый шарик, мы через три шарика передаём его энергию и импульс последнему, который приобретает туже скорость и высоту, что и первый. Выходит, что крайние шарики колеблются, а средние остаются на месте. Колебания затухающие, так как происходит потеря механической энергии из-за работы силы трения и упругости.

Эксперимент. Начнём с самого простого. Берём в руки спиннер, начинаем крутить, а точнее, сообщаем этому телу момент импульса. Засекаем время — сколько у кого прокрутится. Говорят, мировой рекорд больше десяти минут. Это много, но рано или поздно спиннер всё равно останавливается. Почему?

Причина - трение.
В спиннерах стоят подшипники из металла, пластика или керамики. Чем твёрже материал и чем глаже его поверхность, тем меньше будет трение.

Задача
Как высота звука, издаваемого спиннером, зависит от скорости его вращения? Почему?

Высота тона зависит от длины и массы пластинок и не зависит от скорости вращения спиннера.

Задача
У нас есть спиннер с двумя лопастями и есть с тремя. Сделаны они из одинаковых материалов. К ним прикладывается одна и та же сила F. Какой из спиннеров будет крутиться дольше?

Скорость вращения спиннера зависит от нескольких факторов:
1) Материал. Металлический спиннер будет крутиться быстрее пластикового.
2) Вменяемое количество смазки.
3) Аэродинамика лопастей, их форма очень важна, как и размер.

1.Показать игрушки не как забаву, а как физику.

2.Показать физику не как науку, а как забаву.

3.Объяснить принцип действия игрушек на основе законов физики.

4.Исследовать, знают ли ученики, какой физический принцип лежит в основе действия той или иной игрушки.

если сила тяжести Fтяж больше архимедовой силы FA, то тело будет опускаться на дно, тонуть

если сила тяжести Fтяж равна архимедовой силы FA, то тело находится в равновесии в любом месте, т. е. плавает

если сила тяжести Fтяж меньше архимедовой силы FA, то тело будет подниматься на поверхность жидкости, т. е. всплывать

Жидкость одного цвета намного плотнее жидкости другого цвета. Даже, если очень сильно потрясти сосуд, то они не смешиваются, а разделяются на множество маленьких пузырьков, которые вновь соединяются, образуя однородную жидкость.

В результате наблюдения повторили понятие плотности вещества и школьники убедились, что жидкости будут располагаться слоями из-за разной плотности: снизу вверх плотность уменьшается.

Теперь при изучении свойств сообщающихся сосудов у учеников появилась основа для понимания, почему неоднородные жидкости располагаются в сосудах не на одном уровне

Закон Паскаля в легко продемонстрировать с помощью обычных мыльных пузырей. Они демонстрируют, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

Сообщающиеся сосуды может демонстрировать детская игрушка фонтан

Можно предложить ученикам продемонстрировать конструкции, которые оказывают большее или меньшее давление на поверхность парты.

Заодно рассматриваются такие понятия как площадь опоры, центр тяжести, прочность. Учащиеся лично могут выяснить, какие подходы помогают сделать постройку более устойчивой

Качественные задачи:

Отчего надувной шарик после наполнения его воздухом принимает форму шара?

Почему у лейки носик выше, чем сам резервуар?

Почему при обучении плаванию малышей используют надувные игрушки?

Почему игрушечный паром с грузом плавает на воде, а маленькая лодочка с таким же грузом тонет?

Центр тяжести полушара - точка С, при наклоне она поднимается. Расстояние CD больше расстояния АС. Значит, равновесие в первом случае устойчиво.

Для тела, опирающего на одну точку, в состоянии равновесия, центр тяжести находится на одной вертикали с точкой опоры (СА - вертикаль). При отклонении от положения равновесия возникает момент силы, возвращающий тело в равновесное состояние.

В данной игрушке центр тяжести находиться вне тела, так как тело имеет сложную форму. Центр тяжести орла находится ниже точки подвеса на одной вертикали с ней, занимая самое низкое положение. При отклонении от положения равновесия центр тяжести приподнимается, сила тяжести, и сила реакции подвеса не уравновешиваются, равнодействующая этих сил возвращает тело к положению равновесия. Значит, это равновесие будет устойчивым.

1. Назначение игрушки

2. Принципиальная схема устройства игрушки

3. Какое явление или закон положены в основу принципа действия игрушки.

5. Примеры использования игрушки на уроках физики.