XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Секреты равновесия
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
У нас есть любимые сестра Валерия, которой 3 года, брат Буянто, 6 лет . Им на день рождения подарили птичку, которая всегда и везде держится клювом на любой поверхности и не падает. Нам стало интересно, почему так происходит.Родители сказали, что из-за центра тяжести птичка всегда находится в равновесии. По этой же причине и Ванька-встанька, неваляшка никогда не падает.
Гипотеза: если знать что такое центр тяжести, научиться его находить, понять какую роль он играет в равновесии, то можно самому изобретать интересные игрушки и фокусы.
Объект исследования: центр тяжести, его роль в равновесии.
Предмет исследования: занимательные игрушки, которые держат равновесие.
Цель работы: изучение роли равновесия для окружающих предметов.
Задачи:
1) выяснить, что такое центр тяжести и как его находить;
2) узнать какую роль он играет в равновесии предметов
3) изучить литературу по данной теме, найти информацию в сети Интернет;
4) создать игрушки, на основе полученных знаний;
5) показать одноклассникам опыты;
6) создать книжку «Занимательная физика для детей».
Методы исследования:
- анализ и обобщение информации;
- опыты.
Практическая значимость работы заключается в создании игрушек на основе закона о равновесии, проведении опытов, оформления книжки.
Равновесие и центр тяжести
Равновесие. Вслушаемся в это слово. Каков его смысл? Равный вес. То есть какие-то части одного тела, сделать одинаковыми. Нарушили равновесие — и тело вышло из покоя.
Итак, если тело в покое, значит, оно находится в состоянии равновесия.
В цирке мы часто видим удивительно ловких канатоходцев и эквилибристов. Даже дрессированные животные поражают нас своими умениями удерживать на носу разноцветные шары. Может быть, все дело в том, что они знают какие-то секреты?
А все секреты - в законах физики! Равновесие предмета зависит от положения его центра тяжести. Этот закон действует и в природе. В Кункуре есть камень- Тогоон Шулуун –Чаша Чингисхана В Забайкалльском крае (Приложение 1, стр.7 ), который, казалось бы, должен упасть. А он не падает, потому что центр тяжести смещён назад. .
В национальном парке Алханай Забайкальского края есть Храм –ворота, этот ветровой останец стоит по центру. Если центр тяжести сместится, арка рухнет.
Что же такое центр тяжести? Попробуем найти положение линейки на опоре, когда она будет в равновесии, проведём линию. Если чуть передвинуть линейку, она упадёт, т.е. равновесие нарушилось. Так вот линия, которую мы отметили, и будет центром тяжести.
Итак, центр тяжести – это точка, относительно которой предмет будет находиться в равновесии.
Так при ходьбе по натянутому канату или проволоке канатоходцы идут обычно с расставленными в обе стороны руками, балансируют, причем явно заметно покачивание из стороны в сторону. При каждом шаге артист старается установить центр тяжести своего тела над опорой. С длинным шестом в руках удерживать равновесие легче. Выдвигая шест влево или вправо, канатоходец может удерживать свой центр тяжести точно над точкой опоры.
Поэтому и игрушка птичка не падает. Её центр тяжести смещён вперёд, вес на крыльях и на теле уравновешивают друг друга, и птичка может стоять на клюве.
Нахождение центра тяжести у фигур неправильной формы
У каждого предмета есть центр тяжести.
У предмета правильной формы (круг, квадрат, прямоугольник) центр тяжести будет находиться в центре. А как же определить центр тяжести плоской неправильной фигуры?
Выржьте из картона фигуру произвольной формы и проколите в нескольких отверстия (для большей точности лучше ближе к краям). Вколите в вертикальную деревянную стену иголку и повесьте на ней фигуру за любое отверстие. Помните, фигурка должна свободно качаться на игле! Сделаем отвес из тонкой нити и груза (гайка), и повесим его на ту же иглу. Проведём линию, которая совпадает с нитью. Затем повесим фигуру за другое отверстие, опять проведём линию, так повторим несколько раз (сколько отверстий). Точка пересечения линий укажет положение центра тяжести фигуры. Положим фигуру центром тяжести на остриё карандаша, фигура будет держаться, она находится в равновесии (Приложение 1, стр.7 ) .
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.
Теперь мы знаем, что такое центр тяжести и как удерживать предметы в равновесии.
Давайте создавать игрушки и проводить опыты
Итак, зная, почему не падает птичка и Неваляшка, используя полученные знания, мы пробуем сделать занимательные игрушки и удивить друзей.
Первый опыт (Приложение 1) будет такой: попробуем поставить карандаш на острие. Очень сложно. И все-таки есть очень простой способ заставить карандаш стоять. Воткнём в него перочинный нож, раскрытый не до конца. Раскрывая нож больше или меньше, можешь устанавливать карандаш. Почему же карандаш без ножа падает, а с ножом стоит? Ведь в обоих случаях карандаш опирается на острие. Это его точка опоры. Но в первом случае точка опоры находилась в самом низу. А во втором — под ней висел перочинный нож. Ясно, что дело здесь именно в ноже. Если карандаш наклонится и начнет падать, нож будет подниматься вверх. Но ведь нож тяжелее, он тянет вниз и заставляет карандаш снова выпрямиться.
Значит, равновесие будет устойчиво, если главная тяжесть находится ниже точки опоры.
Воробей (Приложение 1)
Пильщик (Приложение 1)
С помощью старой пробки и пары спичек, не трудно сделать фигурки животных и людей. Но чтобы эти фигурки стояли , им нужна третья нога или подставка, в которую были бы воткнуты ноги. Мы попробуем заставить стоять такую фигурку на двух ногах.
Сделаем пильщика. Туловище из пробки, голова, ноги- спички, руки из картона. Возьмём проволоку длиной 50 см, согнём и сделаем пилу. Один конец воткнём в тело пильщика, а другой в груз. Поставим на край стола. Центр тяжести оказался внизу и фигурка держит равновесие.
Балансирующая пуговица (Приложение 1)
Попробуем положить пуговицу на чашку, так чтобы они соприкасались только краями, пуговица падает. И никто не может представить себе, что пуговица останется на краю чашки, если к ней добавить другой вес. Закрепим на пуговице две вилки и затем поместим пуговицу на краю чашки. Изогнутые концы вилок, которые особенно тяжёлые, смещают центр тяжести пуговицы на край чашки. Вся конструкция находится в равновесии
Акробат (Приложение 1,)
Рисуем на толстой бумаге клоуна, вырезаем 2 фигуры. Склеиваем две фигурки вместе, помещаем в ладони маленькие монетки. Маленький клоун будет балансировать везде: на пальце, на нитке. Монеты смещают центр тяжести в область ниже носа, поэтому он находится в равновесии.
Ванька-встанька ( Приложение 1,)
Проткнём шилом яйцо с тупого и острого конца. Удалим содержимое. Внутренность промойте и высушите.
Набросаем в яйцо очень мелкие кусочки камушков или маленьких металлических предметов и кусочки парафина или воска от свечи. Потом установим яйцо в нужное положение и подогреем снизу. Воск растопится, а когда застынет, слепит всю мелочовку между собой и приклеит их к скорлупе. Заделаем дырочки и украсим яичного Ваньку-встаньку смешной рожицей. Как бы мы не ставили перед зрителями яйцо, оно всегда будет принимать вертикальное положение!
Заключение
Тема равновесия оказалась очень интересной для меня. Ответы на вопросы о центре тяжести и его влиянии на равновесие предметов, я нашёл в литературе и статьях в Интернете. Я смог создать удивительные игрушки и показать интересные фокусы. Таким образом, моя гипотеза оказалась верной.
К тому же это очень увлекательный, познавательный процесс, а выполнять такие игрушки вместе с семьёй, друзьями будет ещё интереснее и веселее.
Список использованных источников и литературы
1 Волкова Е. Играем в учёных. Проводим эксперименты с водой, магнитом, движением, весом/ Е.В. Волкова, С.Л. Микерин – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2008.-256с.
2 Прес Г.Дж. 300 опытов: увлекательных, познавательных и легко выполнимых/Г. ДЖ. Прес – М.: АСТ: Астрель, 2009.-352с.
3 Тит Т. Научные забавы и занимательные опыты/ Т. Тит – М.: АСТ: Астрель, 210.-510с.
4 Физика детям - Занимательная физика в вопросах и ответах (Интернет ресурс
znamus.ru›page/experiencesonthephysicist)
Приложение 1
Национальный парк « Алханай»
«Уудэн –Сумэ»
Тогоон Шулуун -чаша- Чингисхан
Нахождение центра тяжести у фигур неправильной формы
карандаш на острие
ВОРОБЕЙ
ПИЛЬЩИК
БАЛАНСИРУЮЩАЯя ПУГОВИЦА
АКРОБАТ
ВАНЬКА- ВСТАНЬКА