Научно-исследовательский проект "Секреты равновесия"

Научно-исследовательский проект
"Секреты равновесия"

Мне из Сочи привезли  игрушку – птичка, которая всегда и везде держится клювом  на любой поверхности и не падает. Мне стало интересно, почему так происходит. Из интернета я узнал, что птичка всегда находится в равновесии из-за центра тяжести.

Объект исследования: равновесие и центр тяжести.

Предмет исследования: занимательные игрушки, которые держат равновесие.

Цель работы: изучение роли центра тяжести для равновесия окружающих предметов.

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.

Задачи:
1. Выяснить, что такое центр тяжести и как его находить.
2. Узнать какую роль он играет в равновесии предметов.
3. Создать игрушки, на основе полученных знаний.
4. Создать книгу «Занимательная физика для детей».
5. Показать одноклассникам опыты и созданные игрушки.

Равновесие и  центр тяжести
Что такое равновесие
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 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. А что же такое центр тяжести? Попробуем найти положение линейки на опоре, когда она будет в равновесии, проведём линию. Если чуть передвинуть линейку, она упадёт, то есть 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  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. 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
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?
Вырежьте из картона фигуру произвольной формы и проколите в нескольких местах 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.
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 я знаю, что такое центр тяжести и как удерживать предметы в равновесии.

Создадим игрушки и проведем опыты
Используя полученные знания, попробуем сделать занимательные игрушки и удивить друзей.

Ванька-встанька
Проткнем шилом яйцо, удалим содержимое, промоем и высушим. Набросаем в яйцо мелкие металлические гайки и натопим туда воск со свечи. Воск застынет и слепит все между собой. Заделаем дырочку и украсим яичного Ваньку-Встаньку. Как бы мы не ставили яйцо, оно всегда будет принимать вертикальное положение, так как  центр тяжести смещен вниз.

Акробат
Рисуем из толстой бумаги клоуна, вырезаем 2 фигуры. Склеиваем вместе, помещая в ладони маленькие монеты. Акробат будет балансировать везде: на руке, столе, нити. Монеты смещают центр тяжести в область головы, поэтому он находится в равновесии.

Воробей
Птицу вылепим из пластилина. Ноги из спичек. На нижнем конце проволоки, воткнутой в тело воробья, укрепим шарик из пластилина. Проволока должна входит позади лапок. Воробей будет отлично сидеть на опоре.

Балансирующие вилки
Соединяем две вилки между собой вместе. Вставляем кончик зубочистки в место соединения вилок, а другой конец ставим на край деревянной палочки, воткнутой в опору – апельсин. Вилки балансируют на весу и держатся на кончике зубочистки.

Морковная карусель
Используем тарелку, морковь, бутылку, иголку и 4 вилки. Разрежем морковь вдоль, а потом каждую половину поперек. В каждую из четырех половинок воткните вилку так, чтобы угол между плоскостью среза был острый. Разместим вилки с морковками по тарелке на равных расстояниях друг от друга. Для большей устойчивости зубья вилок должны касаться края тарелки. Теперь тарелку удастся уравновесить на острие иглы, всаженной в морковку. На глаз кажется невозможно, - но все-таки тарелка стоит и даже вращается.