Домашний кружок: Центробежная сила и ее последствия

Сергей Пархоменко – психолог-консультант, бизнес-тренер и отец мальчика Никиты. «Хочешь, чтобы что-то было сделано хорошо, сделай это сам!» — решил он и организовал для своего сына-дошкольника и нескольких его друзей небольшой домашний кружок. Математика, логика, физика, а заодно и развитие речи, моторики, немного рисования… Описания своих занятии и свой взгляд, каким должно быть обучение детей, он публикует в Живом журнале. Мы предлагаем отдельные фрагменты дневника «Домашнего кружка им. Пархоменко».

Все дети катаются на каруселях – обычных таких каруселях, которые стоят во дворах и которые надо самим разгонять. А значит, все дети видят центробежную силу в действии. Но не всегда задаются вопросами, как и почему? Нужно показать такие опыты, в результате которых кроме «вау» возникнет желание разобраться.

Что такое центробежная сила, или два необычных способа использовать шуруповёрт

Итак, если объяснить детям, что такое инерция, то дальше уже все просто: центробежная сила – прямое ее следствие. Остается только научиться замечать ситуации, где она возникает. Вот с этим, правда, уже сложнее…

Достаем шуруповёрт.

Способ первый: Центробежная сфера

Из бумажного абажура, пары палочек для суши и изоленты собираем вот такую штуковину:

А внутрь насыпаем, например, бумажные шарики. И – включаем!

Все это уже само по себе вызывает дикий восторг.

А если перевернуть? Нет, шарики не высыпаются, пока сфера вертится!

Как водится, каждый из ребят попробовал собственноручно.

Не всем ребятам было понятно, почему шарики не высыпаются. Была, например, выдвинута версия, что они притягиваются к сфере, как люди к вращающейся Земле.

Продемонстрировать подобный опыт можно и без шуруповёрта, а с помощью одного шарика-попрыгунчика и круглой банки.

Как-то я спросил ребят, останется ли шарик в банке, если ее перевернуть. Ребята сказали, что он выпадет, и лишь подозрительный Никита прибавил: «если, конечно, банку не вращать».

Я показал, как можно, катая шарик внутри банки, удерживать его даже в перевернутой емкости. У всех ребят получилось хоть сколько-то это делать.

Способ второй: Центробежное рисование

Рисовальная установка собирается с помощью обычной проволоки. Со стороны, которая зажимается в патрон, надо снять изоляцию (или она снимется сама в самый неподходящий момент). На дрели или шуруповёрте ставятся минимальные обороты.

Способ второй: Центробежное рисование

Рисовальная установка собирается с помощью обычной проволоки. Со стороны, которая зажимается в патрон, надо снять изоляцию (или она снимется сама в самый неподходящий момент). На дрели или шуруповёрте ставятся минимальные обороты.

Сначала пробуем установку вхолостую.

Потом помещаем в неё бумагу и краску.

И уже запускаем в рабочем режиме.

Как выяснилось, у коробки есть щели между дном и стенками… Ликвидируем последствия, и предпринимаем дополнительные меры безопасности – обматываем установку плёнкой.

Вуаля! Любуемся получившимся шедевром.

Гироскопический эффект и велосипедные колеса

Загадка: кто, покупая пиццу, прихватывает со стойки пиццерии десяток картонных подставок под пиво, но пиво не покупает? Папа, который собирается с ребенком делать волчок.

Материалы — подставки под пиво из толстого картона, обклеенные белой бумагой, канцелярские гвоздики и липучка (пластилин, наверное, тоже подойдёт).

Раскрашиваем наши круги, закрепляем гвоздики пластилином и запускаем.

Детей это занятие увлекает надолго. Я и сам с большим интересом расписал диск – получилось весьма гипнотически! Хорошо и то, что даже не очень удачные рисунки при вращении дают интересный эффект.

На примере волчка мы видим простейший пример гироскопа.

Если у вас есть велосипед, немедленно снимайте с него колесо и проводите этот простейший по реализации опыт! Колесо нужно диаметром от 20″, лучше даже 26″ (от взрослого велика). Колёса современных великов как раз часто делаются быстросъёмными.

Начали с того, что каждый попробовал подержать в руках неподвижное и вращающееся велосипедное колесо. Разницы нет абсолютно никакой, пока не попробуешь изменять направление оси вращения. С неподвижным колесом всё предсказуемо, и ведёт оно себя как любой нормальный предмет.

А вот вращающееся начинает неожиданно сопротивляться и вихлять!

Когда все дети собственноручно убедились в странном поведении колеса, переходим ко второй фазе: привязываем с одной стороны к оси колеса шнур. Если колесо не вращается, то, повиснув на шнуре, оно тут же принимает вполне предсказуемое положение.

А если, придерживая с другой строны за ось, раскрутить колесо, удерживая его в вертикальной плоскости,..

…то оно останется в этом противоестественном положении до тех пор, пока будет вращаться!

Природу гироскопического эффекта не так просто объяснить детям. На занятии просто ограничились констатацией факт, что вращающиеся объекты приобретают устойчивость (вспомнили про волчок).

В объяснении детям, откуда берется гироскопический эффект, т.е. удержание (устойчивость) оси вращения объекта в пространстве, и как он связан с инерцией, нам вряд ли поможет Википедия.

А вообще логика такая:

1. Любой предмет обладает инерцией («ленивостью»): он «не хочет» начинать движение, а, начав движение, «не хочет» останавливаться или менять направление. Он «хочет» двигаться прямо и с той же скоростью.

2. Когда объект движется по кругу (например, если мы вращаем камень, привязанный к верёвке) то естественное «желание» камня двигаться по прямой линии не может реализоваться, потому что мешает верёвка. Верёвка постоянно «заворачивает» его от прямой траектории, а инерция заставляет «рваться» по касательной к траектории вращения.

3. А теперь самое интересное: как из центробежной силы получается гироскопический эффект. Взглянем на наш камень с его «желаниями» с другой стороны. Для изменения плоскости вращения камня ему придётся оказываться ближе к оси вращения – а ему этого совсем «не хочется»! Он, наоборот, «хочет» быть как можно дальше от оси вращения из-за центробежной силы!

Конечно, строго говоря, у велосипеда есть ещё парочка причин чтобы не падать. Но гироскопический эффект вносит значимый вклад. Вы это сразу почувствуете, если пересядете с велика с нормальными 26″ колёсами на складной велик с маленькими (18-20″) колёсами.

Но вот незадача: можно довольно долго скользить по льду на одном коньке и не падать — тут уже ничего не крутится, а всё равно устойчивость!