Проект, исследование «Волчок»

Тема проекта: «Волчок» (слайд 1)

Предмет:робототехника, физика для малышей.

Класс: 2

Проблема:От чего зависитвремя и скорость движения волчка?

Задачи: 1. Познакомиться с историей игрушки волчка.

Изучить механизм движения волчка и выяснить от чего может зависит скорость и продолжительность вращения волчка.

Углубить и конкретизировать знания о том, что при вращении раскрашенного волчка можно наблюдать оптические эффекты.

Систематизировать полученную информацию из СМИ и Интернет-ресурсов.

Изготовлениемоделей «Волчок» («LEGO Education WeDo»,3D Builder).

Выяснить, где еще используетсявращательном свойстве волчка.

Методы работы: наблюдение, беседа, работа с литературными источниками и Интернет-ресурсами, конструирование, программирование.

Этапы работы: (слайд 2)

этап: «Волшебная игрушка»

а) История возникновения волчка.

б) Строение волчка (размер, форма).

в) Мастерская (волчок из подручного материала, металлического конструктора).

г) Оптические эффекты.

этап: Модель «Умная вертушка». («LEGOEducationWeDo»).

а) Конструирование механической модели.

б) Программирование модели.

этап: Трехмерная модель «Волчок» («3D Builder»).

а) 3D – моделирование.

б) Эксперименты с размером, формой волчка.

в) Изготовление модели на 3D- принтере.

этап: Детский волчок – это просто игрушка?

1 ЭТАП:«Волшебная игрушка». (Слайд 3)

Цели:познакомиться с историей возникновения игрушки волчок, с ее строением; изготовить моделей «Волчок» из подручного материала, металлического конструктора; углубить и конкретизировать знания о том, что при вращении раскрашенного волчка можно наблюдать оптические эффекты смешения и разложения цветов на составляющие.

Предком современной юлы является волчок. Игра с волчком имеет давние традиции и восходит к средневековью. В те времена волчок запускали, раскручивая между ладонями, и бросали на ровную поверхность либо его раскручивали хлыстиком, и был он сделан только из дерева. Волчок всегда был детской забавой. Первоначальная форма волчка – это деревянный конус.

Волчок — это игрушка, которая при вращении вокруг своей оси держит вертикальное положение, а при замедлении вращения падает.

Мы пробовали раскрутить монетку, ручку, линейку и другие предметы и наблюдали как долго они крутятся. Большая часть предметов не может стабильно и долго крутиться, и довольно быстро падает на поверхность стола. Мы узнали, что это обусловлено действием силы трения.

Мы мастерили волчок из металлического конструктора. Некоторые волчки крутились быстро и продолжительно, а некоторые практически сразу при раскрутке останавливались. При помощи проб и ошибок, мы заметили, чтобы обеспечить устойчивое вращение объекта необходима симметричность от оси вращения, в противном случае вращение будет неустойчивым, он будет неустойчивым, он будет быстро останавливаться.

Кроме того, при вращении раскрашенного волчка можно наблюдать оптические эффекты смешения и, даже разложения, цветов на составляющие.

Д ЕМОНСТРАЦИЯ. Опыты с цветом (Слайд 4)

Самые простые схемы волчков - это по секторам. Круг делится на четное число секторов и раскрашиваются, например, в желтый и в синий цвета или в желтый и красный. При вращении мы увидим соответственно зеленый и оранжевый. На этом опыте можно увидеть, как смешиваются цвета. Мы экспериментировали с количеством секторов цветов. Если разделить волчок на семь частей и покрасить их в соответствии с расположением цветов в спектре (как радугу), то при вращении волчок должен стать белым. Мы будем наблюдать процесс «собирания» цветов, так как белый цвет - это смесь всех цветов. Этого эффекта добиться трудно, у нас так не получилось, видимо покрасили волчок мы очень ярко. Может белый цвет у нас и не получился, но получился красивый радужный эффект, да еще с какой-то трехмерностью.

В от еще несколько стандартных вариантов раскраски волчков. При вращении получаются интересные градиентные заливки (постепенное смешивание цветов).

С амые интересные узоры получаются из спиральных рисунков. Особенно завораживающе они смотрятся при замедлении вращения игрушки.

П ри вращении волчка с точками – появиться окружность. При быстром вращении треугольник превращается в круги. Такой же эффект при вращении квадрата.

П ри вращении создается эффект, как будто глядишь вглубь трубы.

При вращении маленькие круги кажутся "катящимися" по общей окружности.

О бъяснение увиденного: Это происходит из-за неспособности нашего глаза «ухватить» быструю смену картинки.

П ри быстром вращении черно-белые полосы станут восприниматься глазом как цветные.

Объяснение увиденного: Эта оптическая иллюзия происходит из-за того, что мозг ошибочно воспроизводит области смены черного и белого цветов как цветные. Как мы уже выше говорили - белый цвет является смесью всех цветов. Черный цвет - это отсутствие цвета. Когда глаз видит смазанную комбинацию черного и белого, он воспринимает ее как цветную. Цвет зависит от пропорции белого и черного и от скорости вращения.

2 этап: Модель «Умная вертушка». («LEGO Education WeDo») (Слайд 5)

Цель: Изучить механизм движения волчка и выяснить от чего зависит скорость и продолжительность вращения волчка.

1уч.На этом этапе мы построили модель механического устройства для запуска волчка и запрограммировали его таким образом, чтобы волчок освобождался после запуска, а мотор при этом отключался.

Перед собой поставили цель: изучить механизм движения волчка и выяснить от чего зависит скорость и продолжительность вращения волчка.

2 уч. Следуя по шаговой инструкции мы построили вертушку, которая раскручивает волчок с различными скоростями.

Для модели нам понадобился набор «LEGOEducationWeDo» и компьютер с программным обеспечением WeDo.

Модель состоит из кирпичиков ЛЕГО, зубчатых колес (разного размера), мотора, датчика расстояния.

Чтобы модель работала лучше не нужно сильно прижимать его к поверхности стола – волчок должен вращаться свободно.

ДЕМОНСТРАЦИЯ

Запрограммировали модель, программа включает мотор. Энергия передается от компьютера на мотор, вращается коронное зубчатое колесо. Это зубчатое колесо приводит в движение маленькое зубчатое колесо, установленное на одной оси с большим зубчатым колесом, которое поэтому тоже вращается. Волчок вставляют верхней части в вертушку. На верхушке волчка закреплено маленькое зубчатое колесо, через которое волчку передается крутящий момент, и когда волчок освобождается, он продолжает крутиться.

Датчик расстояния следит, когда поднимается ручка вертушки……и мотор можно будет выключить.

1 уч. От чего же зависит время и скорость движения волчка?

В этой таблице указаны комбинации (Слайд 6) ТАБЛИЦА

При какой комбинации зубчатых колес волчок вращается дольше всего?

Поэкспериментировав, мы сделали следующие выводы:

1 комбинация: Ведущее (на моторе) колесо- 24-зубчатое колесо, а ведомое – 8-зубчатое колесо. Как долго будет крутиться волчок? Ускориться или замедлиться вращение волчка?

Ответ: Такая комбинация заставляет крутиться волчок стабильно в течение продолжительного времени.

2 комбинация: Ведущее (на моторе) колесо- 24-зубчатое колесо и ведомое – 24-зубчатое колесо. Как долго будет крутиться волчок? Ускориться или замедлиться вращение волчка?

Ответ: Такая комбинация заставляет крутиться волчок медленнее. Чем медленнее вращается волчок, тем скорее он останавливается.

3 комбинация: Ведущее (на моторе) колесо- 8-зубчатое колесо, а ведомое – 24-зубчатое колесо. Как долго будет крутиться волчок? Ускориться или замедлиться вращение волчка?

Ответ: Такая комбинация заставляет крутиться волчок медленнее и останавливается раньше, чем остальных комбинаций.

1 уч. ВЫВОД:

При помощи зубчатых колес можно ускорять и замедлять движение.

Если передавать крутящий момент от маленького зубчатого колеса большому, то скорость вращения снижается. Такая система зубчатых колес называется понижающей зубчатой передачей.

Если передавать крутящий момент от большого зубчатого колеса маленькому, то скорость вращения увеличивается. Такая система зубчатых колес называется повышающей зубчатой передачей.

этап: Трехмерная модель «Волчок» («3D Builder») (Слайд 7)

Цель: создать и напечатать трехмерную модель «Волчок» с помощью программы 3D Builder.

Следующим этапом создавали модель «Волчок» в программе «3D Builder». Занимались компьютерным моделированием. Из различных фигур (конуса, куба, сферы, цилиндра) создавали модель «Волчок». Самые лучшие модели обработали в программе «Cura» - это программа для печати на 3D-принтере. Меняли размер и после распечатали на 3D-принтере. У нас получились игрушки разных цветов и размеров.

ДЕМОНСТРАЦИЯ

Методом наблюдения выяснили:

Скорость и продолжительность вращения волчка зависит от размера и веса. Чем юла больше и тяжелее, тем двигается медленнее. И наоборот, чем юла меньше и легче, тем двигается быстрее и дольше.

этап: Детский волчок – это просто игрушка? (слайд 8)

Цель: выяснить, где еще используетсявращательном свойстве волчка.

Волчок — изобретение древнее. Знакомый нам с детства как игрушка, он представляет собой удивительный физический прибор. Раскрученный вокруг своей оси, волчок сохраняет ее направление, в какую бы точку пространства его ни переместили. Этим его свойством широко пользуется в современной технике. Существуют различные гироскопические (основанные на вращательном свойстве волчка) приборы – компасы, стабилизаторы и другие полезные приборы, которые устанавливаются на кораблях и самолетах. Гироскоп — сердце всех навигационных приборов. Гироскопы — такие приборы, которые указывают направление в самолетах, кораблях. Гироскоп — это металлическое яйцо, быстро-быстро вращающееся вокруг своей оси. Вращение заставляет гироскоп удерживать одно направление, как бы ни болтало лодку волнами или как бы не кувыркался в небе самолет. Научное название волчка- гирокомпас, гораздо надежнее магнитного компаса, показания которого могут быть искажены находящимися вблизи стальных предметов. А еще волчок кроме инерции вращения обладает действующей центробежной силой. Эта сила сбрасывает с карусели незакрепленные предметы. Карусель-то сама цельная и поэтому развалиться не может. Хотя если очень сильно раскрутить, то и она начнет разваливаться. И роль центробежной силы будет здесь немаловажна.

Таково полезное использование простой, казалось бы, игрушки.

ИТОГ ПРОЕКТА (Слайд 9)

Волчок — это игрушка, которая при вращении вокруг своей оси держит вертикальное положение, а при замедлении вращения падает. Это благодаря действием силы трения. Чтобы обеспечить устойчивое вращение волчка необходима симметричность формы от оси вращения, в противном случае вращение будет неустойчивым, он будет неустойчивым, он будет быстро останавливаться.

При вращении раскрашенной волчка можно наблюдать оптические эффекты смешения и, даже разложения, цветов на составляющие.

В модели «Умная вертушка» при помощи зубчатых колес можно ускорять и замедлять движение.

Скорость и продолжительность вращения волчка зависит от размера и веса.

Волчок- это не только детская игрушка, он представляет собой удивительный физический прибор. Гироскоп — сердце всех навигационных приборов. Научное название волчка- гирокомпас.

ИСТОЧНИКИ: (Слайд 10)

“Занимательные опыты с бумагой” Стивен У. Мойе

Физика для малышей. Л.Л.Сикорук

Увлекательный мир физики. Б. Уолпол

Учёные сказки. Физика для малышей. Домашняя лаборатория. А.Кузнецов.

СМИ, интернет –ресурсы.

«LEGO Education WeDo».

«3D Builder».

Слайд 11. Спасибо за внимание!

Подготовили материал: ученики 2б класса ГБОУ «Школа 2070», Мукаев Арсений, Тарабукин Святослав, учителя Липовских Ю.Ю. и Немова Л.Е.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/241475-proekt-issledovanie-volchok