XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Физика в игрушках: Как привести машинку в движение

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Бобронников Л.А. 1

---

1МБОУ "Маганская СОШ"

Швецова Н.А. 1

---

1МБОУ "Маганская СОШ"

Работа в формате PDF

636 KB

I. Введение

Однажды вечером, играя с игрушечной машинкой, я заметил интересную особенность: если толкнуть машинку с одинаковой силой по линолеуму, она проезжает довольно далеко. Но стоит поставить её на ковёр и толкнуть так же — путь оказывается намного короче. Возник вопрос: почему так происходит? Найти ответ на этот вопрос мне помогла наука физика.

Проблема исследования. Мне стало интересно разобраться, какая невидимая сила «хватает» машинку на ковре и почему пол ей не мешает. Я предположил, что дело не только в том, как мы запускаем игрушку, но и в том, по чему она едет.

Актуальность темы. Физика часто кажется школьникам сложной наукой, полной непонятных формул, скучных задач и длинных параграфов в учебнике. Многие думают, что это предмет для старшеклассников или учёных в белых халатах. Однако физика окружает нас повсюду с самого рождения, и многие её законы можно увидеть своими глазами, просто играя. Изучение движения обычной игрушки — это отличный способ понять, как устроен наш мир, без зубрежки правил. Кроме того, создание собственных действующих моделей развивает инженерное мышление, мелкую моторику и учит находить применение старым вещам, давая им вторую жизнь. Это доказывает, что наука может быть очень увлекательным хобби.

Объектомпроцесс движения игрушечной машинки по разным поверхностям и с использованием различных источников силы

Предмет – виды движения игрушечной машинки.

Цель работы - выяснить, какие способы приводят игрушечную машинку в движение, и чем отличаются механическое и реактивное движение. 

Для достижения этой цели мне необходимо выполнить следующие задачи:

1. Изучить понятия реактивного и механического движения.

2. Сконструировать модели машинок, которые приводятся в движение различными способами.

3. Провести эксперименты с машинками.

4. Сделать выводы о наблюдаемых явлениях.

Методы исследования:

1. Наблюдение. Я буду внимательно смотреть за тем, как ведёт себя машинка в разных условиях.

2. Эксперимент. Провести заезд на разных поверхностях. Использовать разные способы запуска.

3. Измерение. Измерение расстояния, времени движения машинки.

4. Анализ и сравнение Сделать выводы, почему результаты получились именно такими.

Методики исследования:

• Е. Н. Соколова — книга «Юному физику», где подробно описывается движение по инерции на примере игрушек. [4]

• И. Я. Ланина — «Внеклассная работа по физике», в которой игрушки делятся по группам в зависимости от физических принципов их движения[1]

Гипотеза:

Я предполагаю, что характер движения игрушечной машинки полностью зависит от способа приведения её в движение.

Ожидаемые результаты:

В результате экспериментов я смогу наглядно доказать, что вид движения (инерционное, механическое, реактивное) и его характеристики напрямую зависят от способа приведения тела в движение и свойств поверхности, по которой оно движется.

Личный вклад автора. Многие дети просто играют, а я решил превратить игру в настоящее научное исследование. Мой личный вклад заключается в следующем:

1. Самостоятельный переход от наблюдения к гипотезе. Я не просто удивился разнице в пути машинки, а сформулировал предположение: дальность хода зависит от поверхности и способа запуска.

2. Конструирование уникальных моделей. Вместо использования готовых магазинных игрушек, я сам собрал четыре действующие модели из подручных материалов: простую инерционную машинку, модель с резиновым мотором, машинку с воздушным винтом (пропеллером) и настоящий реактивный автомобиль на основе воздушного шарика. Для создания резиномотора пришлось несколько раз переделывать крепление оси, пока колеса не начали крутиться ровно.

3. Проведение серии точных экспериментов. Я самостоятельно разработал методику замеров. Чтобы измерения были честными, я всегда отмечал линию старта куском скотча и использовал один и тот же секундомер папы. Опыт на каждой поверхности повторялся трижды, после чего я честно высчитывал среднее арифметическое значение времени и расстояния (например, складывал все цифры и делил на три).

4. Анализ результатов. Я сравнил полученные данные, составил таблицы и сделал чертежи своих изобретений (Рисунки 1–8). Самым сложным было понять, почему при одинаковом толчке результаты так отличаются, и связать это с силой трения.

5. Популяризация науки. Важной частью моей работы стала организация показа опытов для учеников начальной школы. Я сам подготовил рассказ простыми словами, отвечал на каверзные вопросы ребят и давал им самим запустить реактивную машинку. Видеть восторг в глазах первоклассников, когда шарик толкает картонку, было лучшей наградой.

Таким образом, моя работа — это практическое доказательство того, что главные законы физики можно открыть самому, имея лишь любопытство, старую бутылку, пару воздушных шариков и желание узнать правду.

II. Основная часть

1.1. Что такое движение и какими оно бывает.

Я узнал, что в физике движением называют изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. Казалось бы, это просто, но учёные разделяют движение на разные виды, чтобы лучше его описывать. 1. Поступательное движение — это когда все точки тела движутся одинаково. Игрушечная машинка, которая едет по столу, совершает именно поступательное движение. 2. Вращательное движение — это движение вокруг оси. Колёса машинки крутятся, значит, они совершают вращательное движение.

Почему машинка, которую мы толкнули, не едет вечно? Этому мешают две важные физические величины: 1. Инерция. Это свойство тел сохранять свою скорость, если на них не действуют другие силы. Когда мы толкаем машинку, мы придаём ей скорость. Благодаря инерции она продолжает двигаться, даже когда мы её уже не трогаем. 2. Сила трения. Это сила, которая возникает при соприкосновении двух поверхностей и мешает их движению. Именно трение колёс о пол в конце концов останавливает машинку.[3]

Чтобы сдвинуть машинку с места или заставить её ехать быстрее, нужна сила. Рассмотрим способы, которые мы будем изучать: 1. Механическое движение. Это самый простой способ. Мы толкаем машинку рукой или заводим в ней пружину. Сила передаётся колёсам, и они начинают вращаться. 2. Реактивное движение. Это более сложный и интересный вид движения. Он основан на третьем законе Ньютона: действие равно противодействию.[2]

1. 2. Практическая часть.

В этой главе я опишу, как проводил свои опыты, какое оборудование использовал и какие результаты получил. Это поможет проверить теорию, о которой я писал в первой главе.

Эксперимент №1. Влияние трения на инерционное движение.

Цель: выяснить, как тип поверхности влияет на время, за которое машинка проезжает одинаковое расстояние.

Ход работы:

1. Машинку ставили на линию старта на линолеуме.

2.Её толкали рукой с одинаковым усилием, придавая начальную скорость.

3. Зафиксировали расстояния от линии старта до финиша.

4.. Измеряли время от линии старта до финиша.

5. Опыт повторили 3 раза и вычислили среднее значение.

6. Точно так же провели эксперимент на ткани.

Таблица №1

Вывод: На ткани машинка проехала в 2 раза меньше. Это произошло потому, что трение ткани о колёса гораздо выше, чем трение линолеума. Сила трения быстрее погасила инерцию.

Рис. 1 Рис. 2

Эксперимент №2. Влияние трения на инерционное движение

Цель: выяснить, как тип поверхности влияет на расстояние, которое проезжает машинка по инерции.

Ход работы:

1. Машинку ставили на линию старта на линолеуме.

2.Её толкали рукой с одинаковым усилием, придавая начальную скорость.

3. Измеряли расстояние от линии старта до точки полной остановки.

4. Опыт повторили 3 раза и вычислили среднее значение.

5. Точно так же провели эксперимент на ковре.

Таблица №2

Рис. 3 Рис.4

Вывод: На ткани машинка проехала в 2,5 раза меньше. Это произошло потому, что трение ткани о колёса гораздо выше, чем трение линолеума. Сила трения быстрее погасила инерцию.

Эксперимент №3. Движение за счёт пропеллера

Цель: Сделать машинку, которая едет сама, если к ней приделать пропеллер.

Ход работы:

1. Я соорудил машинку из старой бутылки, палочек и крышек от молока, соединив между собой их клеем пистолетом.

2. Я проделал резинку через бутылку так, чтобы она крутилась.

3. К резинке закрепил пропеллер(рисунок 5), который я вырезал из пустой бутылки.

4. Моя машинка была готова! Теперь пропеллер можно завести при закручивании его в другую сторону, резинка накручивается, а потом возвращаясь в обратное положение приводит пропеллер и машинку в движение.

Вывод: Движение возникло за счёт силы тяги. Это пример преобразования вращательного движения пропеллера в поступательное движение всей машинки.

Эксперимент №4. Реактивное движение (воздушный шарик)

Цель: продемонстрировать реактивный принцип движения.

Ход работы:

1. Сконструировать основу для машинки, из палочек, картонки и крышек.

2. Прикрепить к трубочке шарик и приклеить его к машинки, так чтобы выходное отверстие трубочки смотрело назад(рисунок 6).

3. Надуваем через трубочку воздушный шарик и зажимаем трубочку.

4. Ставим машинку на гладкую поверхность и отпускаем трубочку.

Вывод: Этот опыт подтвердил закон сохранения импульса. Воздух, вырываясь из шарика в одну сторону (действие), толкал машинку в противоположную (противодействие). Это классический пример реактивного движения.

Рис. 6

Рис. 5

Эксперимент №4. Движение за счет закручивания резинки на шасси.

Цель: использовать резинку, как моторчик, который приводит машинку в движение.

Ход работы:

1. Сконструировать основу для машинки, из палочек, трубочек и крышек.

2. Прикрепить к шасси кусок трубки, чтобы выступало фиксирующим элементом для резинки.

3. Накручиваем резинку, проворачивая шасси.

4. Ставим машинку на гладкую поверхность и отпускаем.(рисунок 7)

Вывод: моя самодельная машинка — отличный пример того, как один вид энергии (энергия скрученной резинки) превращается в другой (энергию движения). Это доказывает, что для создания движущей силы не всегда нужны батарейки или заводной ключ.

1.3. Демонстрация результатов.

В завершении своей работы, я решил провести для учеников школы показ своих экспериментов. Я показал на практике, как работают физические законы, и доказал, что физика — это увлекательно. Цель — заинтересовать учеников начальной школы физикой и показать, что изучать её можно с помощью простых игрушек.

План мероприятия:

1. Показ опытов: я продемонстрирую запуск всех своих машинок (с резинкой, пропеллером и шариком).

2. Объяснение: я простыми словами расскажу, почему они едут, что такое инерция, трение и реактивная сила.

3 . Интерактив: ребята смогут сами задать вопросы и поучаствовать в запуске моделей. (рисунок 8)

Рис. 7

III. Заключение

В ходе выполнения этой работы я изучил различные способы приведения игрушечной машинки в движение и на практике убедился в действии основных законов физики.

Проведённые эксперименты показали, что характер и дальность движения напрямую зависят от типа поверхности и используемого источника энергии. Я выяснил, что на шероховатой поверхности (тряпка) сила трения значительно больше, поэтому машинка проезжает меньшее расстояние, чем на гладкой (линолеум).

Также я разобрался в отличиях между видами движения: Инерционное движение возникает после толчка и продолжается до тех пор, пока сила трения не остановит тело. Механическое движение (с пропеллером или резиномотором) создаётся за счёт преобразования энергии: упругой энергии резинки или силы тяги вращающегося винта. Реактивное движение (машинка с шариком) основано на отталкивании от струи воздуха.

Таким образом, моя гипотеза подтвердилась. Работа наглядно доказывает, что физика — это не просто формулы в учебнике, а наука, законы которой можно увидеть и исследовать даже во время игры с простыми игрушками.

IV. Список литературы.

1. Ланина И. Я. «Внеклассная работа по физике». — М.: Просвещение, [2004].

2. Перельман Я. И. «Занимательная физика». В 2-х книгах. — М.: АСТ, 2019.

3. «Большая книга экспериментов для школьников». / Под ред. А. Мейяни; пер. с ит. Э. И. Мотылевой. — М.: Росмэн, 2018.

4. Соколова Е. Н. «Юному физику». — [1959.]