Применение физических законов в игрушках: исследование для конференции EXCTLSIOR-2026

Муниципальный этап конференции- фестиваля творчества обучающихся
«EXCTLSIOR-2026»
Применение физических законов в игрушках
Выполнил:
Дмитриев Даниил
ученик 8 -а класса
Руководитель:
Голубев Михаил Дмитриевич
учитель физики
МБОУ «Траковская СОШ»
Введение
Игрушки с самого рождения и на протяжении всей
жизни окружают нас.
Играют как дети, так и взрослые: малыши таким
образом познают окружающий мир, развиваются;
люди постарше приятно проводят время и общаются.
Наверное, каждый из нас хоть раз задумывался, как
устроена та или иная игрушка. Многие из
любопытства даже разбирали их. Теперь мы выросли,
и можем взглянуть на это, с другой стороны. Почему
движется? Почему вращается или покачивается?
Разбираясь в принципах работы игрушек, можно
лучше понять одну из самых сложных наук – физику,
которая коренным образом изменила быт человека за
последние несколько десятков лет.
Любое движение игрушки можно объяснить с
помощью физических и механических законов.
Актуальность
Актуальность этой темы в том, что
детство было у каждого и интерес к
строению
поющей,
либо
движущейся
игрушки
не
уменьшается
с
возрастом.
Разбираясь в принципах работы
игрушек, можно лучше понять и
одну из самых серьезных наук —
физику, которая коренным образом
изменила быт человека за последние
несколько десятков лет.
Проблема
Многие люди не задумываются, как
физические законы проявляются в
привычных детских игрушках.
Я решил провести исследование,
демонстрирующее некоторые законы
физики на примере детских игрушек
на основе опытов и экспериментов.
Цель проекта:
Продемонстрировать наглядность и доступность
понимания физических явлений и законов с помощью
детских игрушек.
Задачи проекта:
1. Классифицировать игрушки по принципу действия
2. Провести опыты, которые подтвердят использование
физических законов в игрушках.
3. Объяснить принцип действия физических законов,
проявляющихся в некоторых игрушках.
4. Сделать выводы.
Гипотеза: Предположим, что если игрушка интересна своей
подвижностью, музыкальностью детям, то она интересна взрослым
своей физической составляющей.
Объект исследования: Детские игрушки
Предмет исследования: Физические явления и законы,
используемые в устройстве и работе детских игрушек.
Методы исследования: Наблюдение, эксперименты, сравнение,
анализ полученных результатов.
Классификация игрушек по принципу действия
Игрушки помогают ребёнку развиваться и учиться. Все игрушки, знакомые
нам всем с самого детства, можно объединить в определённые группы на
основе принципа их работы.
Название группы
Виды игрушек
1. Звуковые игрушки
Погремушка, дудочки, бубен, барабан
2.Игрушки, действие которых основано на
существовании архимедовой силы
Надувные спасательные круги, резиновые
игрушки- уточки, лягушки и тд.
3.Игрушки, действие которых основано на различном
положении центра тяжести
Кукла неваляшка, кукла с закрывающимися
глазами и тд.
4. Заводные игрушки
Машина, железная дорога, заводные
игрушки
5. Инерционные игрушки
Автомобили, самолёты, мотоциклы и тд.
6. Магнитные игрушки
Игры в рыбалку, магнитные шахматы и тд.
7. Игрушки, действие которых основано на законах
оптики.
Калейдоскоп, детские бинокли, детские
фотоаппараты, камеры и тд.
8.Гироскопические игрушки
Юла, волчок
Звуковые игрушки
Что такое звук?
Звук- это колебания, которые распространяются в
окружающей среде.
Типичным представителем звуковой игрушки
является погремушка. Внутри неё находятся
шарики, бусинки, которые ударяясь о её стенки,
вызывают колебания. Эти колебания передаются
окружающему воздуху и распространяются в нём.
Звуки бывают разные: громкие, тихие, высокие,
низкие. Чем чаще колеблется тело, тем выше звук.
Таким же принципом обладают барабан, бубен,
как и у погремушки.
Колебания.
Игрушки, действие которых основано
на существовании архимедовой силы
Архимедова сила - это выталкивающая сила, действующая на
тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу
вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.
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).
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.
Если сила тяжести тела больше выталкивающей силы, то тело
тонет. Если выталкивающая сила равна силе тяжести, то тело
плавает. А если выталкивающая сила больше силы тяжести
тела, то тело всплывает.
Выталкивающая сила зависит от объёма тела.
Закон Архимедова сила.
Игрушки, действие которых основано на
различном положении центра тяжести
"Центром тяжести каждого тела является некоторая
расположенная внутри него точка - такая, что если за неё
мысленно подвесить тело, то оно остается в покое и сохраняет
первоначальное положение" (Архимед)
Стоящий предмет (тело на опоре), не опрокидывается, если
вертикаль, проведенная через центр тяжести, пересекает
площадь опоры тела. Хорошо известен принцип действия
популярной детской игрушки "неваляшки" - эффект
возвращения в одно и то же состояние достигается за счёт
смещения центра тяжести. Благодаря этому у неё есть только
одно положение устойчивого равновесия (на основании) и
только одно положение неустойчивого равновесия (на голове).
У каждого предмета есть центр тяжести.
Сама неваляшка представляет собой круглый полый корпус,
внутри которого в нижней части закреплён груз. В результате
получается объемная фигура со смещенным относительно
геометрического центра центром тяжести. Центр тяжести
Заводные игрушки
Внутри этих игрушек – пружина. Сжатая
пружина обладает потенциальной энергией, за
счёт которой тело может совершать работу.
Когда мы заводим игрушку, проворачивая ключ,
пружина внутри игрушки сжимается, тем
самым увеличивается её потенциальная
энергия. Чем больше оборотов мы сделаем, тем
сильнее сожмём пружину, тем больший запас
потенциальной энергии получит пружина. Когда
мы отпустим после этого игрушку, то пружина
внутри неё начнёт раскручиваться, и
потенциальна энергия пружины превращается в
кинетическую энергию игрушки..
В основе работы этих игрушек лежит
Закон сохранения механической энергии.
Инерционные игрушки
В основе принципа действия инерционных игрушек
лежит движение по инерции.
У таких игрушек: автомобили, мотоциклы, на задней
или передней оси, соединяющей колеса, находится
ряд шестерёнок, который в свою очередь
соединяется с маховиком, то есть с массивным
цилиндром. Мы толкаем автомобиль, шестерёнки
передают движения маховику.
Маховик обладает большой массой, поэтому будет
долго сохранять состояние движения, которое ему
сообщили. Именно благодаря тяжёлому маховику
такую игрушку трудно остановить и она будет
двигаться по инерции гораздо дольше времени, чем
такая же игрушка без маховика.
Движение по инерции.
Магнитные игрушки
Это игрушки (магнитная доска, магнитная
рыбалка, магнитные шашки, шахматы и т.д.),
где используются свойства магнитов
притягивать к себе некоторые
железосодержащие материалы.
Магнит- это тело, обладающее собственным
магнитным полем. На попавшие в поле
железные предметы действует сила,
притягивающая к магниту.
У магнита два полюса – северный и южный.
Разные полюса притягиваются друг к другу,
одинаковые- отталкиваются.
Свойство магнитов.
Игрушки, действие которых основано
на законах оптики.
Одним из самых красочных игрушек этой группы является
калейдоскоп.
Для того чтобы понять его устройство мы должны вспомнить
законы отражения света:
• Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр,
восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости.
• Угол падения равен углу отражения.
Нам известно, что лучшими отражающими свойствами обладает
белая поверхность. Ещё отражает хорошо цвет зеркальная
поверхность. Эти поверхности отражают почти все падающие на
них лучи, но делают это по-разному.
Калейдоскоп – это оптический прибор, в основе действия
которого лежит принцип отражения света от плоских зеркал,
образующих между собой угол. Изображение в плоском зеркале
мнимое
(«за
зеркалом"),
прямое
(неперевернутое).
Именно принцип отражения света в зеркальной поверхности
лежит в основе работы калейдоскопа.
Закон отражения света.
Гироскопические игрушки
Юла и волчок – древнейшие народные
игрушки, приводимые в движение
рукояткой, снабжённой ходовым винтом.
Попытки повалить быстро вращающийся
волчок не удаются. Под действием толчка
волчок лишь отскакивает в сторону и
продолжает вращаться вокруг вертикальной
оси. Причина такой устойчивости
вращения тоже связана с одним из
физических законов – законом сохранения
момента количества движения.
Вывод
В результате исследования и проведённых опытов я классифицировал физические законы к
каждой группе игрушек и составил таблицу.
В игрушках применяются не только физические законы, но и все различные силы, свойства и
явления.
Название группы
Физический закон
1. Звуковые игрушки
Колебания
2.Игрушки, действие которых основано на существовании
архимедовой силы
Архимедова сила
3.Игрушки, действие которых основано на различном
положении центра тяжести
Положение центра тяжести
4. Заводные игрушки
Переход из кинетический энергии в
потенциальную. Закон сохранения
энергии
5. Инерционные игрушки
Движение по инерции
6. Магнитные игрушки
Свойства магнитов
7. Игрушки, действие которых основано на законах
оптики.
Закон отражения света
8.Гироскопические игрушки
Закон сохранения количества моментов
движения
Заключение
В своей работе на примере простых игрушек,
которые есть в любом доме, где живут дети, я
показал, что физика – это не только наука о природе,
а ещё и то, что её законы лежат в основе всех
действующих тел придуманных человеком для того,
чтобы его жизнь была более удобной и интересной.
В ходе проведённого исследования я узнал, что в
основе действия любой игрушки лежат физические
законы. Мне удалось показать устройство игрушек,
опираясь на физические законы и явления,
практические опыты.
В результате была выделена классификация игрушек.
Изучение принципа действия игрушек показало нам,
что законы физики находит широкое применение в
быту.
Библиографический список
1.Ральперштейн Л.Я. Занимательная физика. – М.: РОСМЕН, 2000.
2. Физика. 7 кл., 8 кл., 9 кл. учеб. для общеобразоват. учреждений/Ф. В.
Перышкин., Е. М. Гутник. - 19 изд-е, стеоретип. м.: Дрофа, 2015.
3. Сикорук Л.Л. Физика для малышей. Иллюстрации Е. Агафоновой. Петрозаводск: Издательство "Кругозор", 1996.
4. Том Тит. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/пер.
с франц. М., Издательский Дом Мещерякова, 2008.
5. Хилькевич С. С. "Физика вокруг нас", Библиотечка "Квант", выпуск 40,
Москва, Наука, 1985.
Спасибо за внимание!