Водяне та сегнерове колесо

Потихеньку вивчення простих механізмів добігає завершення. Важіль, корба, блок, похила площина, клин і гвинт - основні з них, вже вивчені.
Тож потроху підсумовуємо вивчене і переходимо на суміжні сфери.

Обговорили домашнє завдання - знайти пристрої де колесо є ведучим і такі, де веденим. Ведені - тачка, віз, карета. Ведуче - автівка, мотоцикл, велосипед. Платон помітив, що у велосипеда є й таке, й таке - переднє ведене, а заднє - ведуче.
На занятті розглянули водяне колесо і сегнерове.

Водяне колесо також буває веденим - як у млина, коли річка приводить у рух лопаті і тоді вже колесо обертається і передає обертання до жорна,

а буває  ведучим - як у пароплава, коли двигун обертає колесо, а лопаті "відштовхуються" від води.

Проводимо випробування нашого водяного колеса:

А тоді робимо ще одне колесо - Сегнерове. Майструємо його з пакету від соку.

Досліджуємо напрямки обертання, говоримо про реактивний рух.

Наостанок дослід про виливання рідини через отвори на різних рівнях.

Спершу робимо припущення як саме буде виливатись вода, а тоді перевіряємо. Дивовижно, але виявилось, що з верхнього отвору вода ледве тече, трохи далі - з середнього, а з нижного - найдалі. Провели аналогію з бризкалкою з пластикової пляшки. Якщо тиснеш слабенько - витікає майже поруч з пляшкою, а якщо сильно, то "стріляє" далеко. А що ж тисне в такому випадку? Та вода, яка вище отвору. А чому вона це робить? Макс першим здогадався, що її Земля притягує.

На другому занятті проходили частину тесту Беннета - у тих питаннях, про які ми так чи інакше згадували на заняттях.

За допомогою карток plickers. Це зручніше ніж Kahoot! завдяки тому, що не потрібно мати на всіх гаджети. Досить одного ноута і одного смартфона для сканування.

А на сайті зберігається уся статистика.

Валентина Мержиєвська

Винахід колеса

Пройшли весь шлях винаходу колеса, від ковзання, підкладання колод, виточення з колод середини, щоб зменшити вагу і так до колеса.

Розібрали два способи його застосування: коли штовхають візочок, а колесо саме собою обертається, та інший – коли обертають колесо і внаслідок цього візочок рухається.
Досліджуємо гіроскопічні властивості. Підвішуємо колесо на одну нитку, колесо зависає горизонтально. Тоді вішаємо на дві нитки вертикально. Розкручуємо, перепалюємо нитку… а колесо продовжує обертатись вертикально, не падає, весь час, поки обертається. І тільки зупинившись падає.

Згадуємо, де ми бачили подібний ефект - рівноваги в русі і падіння при зупинці. Згадаіся велосипед і дзиґа.

Трошечки торкаємось теорії руху колеса – спостерігаємо рух однієї точки на колесі, замальовуємо її траекторію.
На перерві показуємо дослід семикласникам, серед них є такі, хто свого часу не потрапив на курс механіки.

Валентина Мержиєвська

М'ясорубка

Знову почали заняття зі згадувань того, що вивчили: важіль, корба, блок - для чого потрібні, які є види
Вивчаємо гвинт. Роздивитися шурупи, саморізи, болти, гайки.
Вирішили, що шурупи схожі на серпантин в горах, на похилу площину, ніби намотану по спіралі на циліндр.

Розбирали м'ясорубку. Знайшли шнек (гвинт), ножі (клин), ручку (корбу), гвинти кріплення, роздивилися пази на валах, щоб не прокручувались ручка і ножі.

Крутили сухарики, спостерігаючи, як їх проштовхує шнек.
Наостанок подивились як рухається шнекохід.

Валентина Мержиєвська

Колюче-ріжучі предмети

Заняття з механіки почали спогадами про все, з чим вже встигли познайомитись з початку року. Як у людей виникла потреба переміщувати вантажі - вгору, в бік. Що заважає цьому? Які способи люди почати знаходити для долання сили тяжіння і сили тертя. Згадали особливості похилої площини і золоте правило механіки.

Відтак перейшли до вивчення наступного простого механізму, який схожий на дві полилі площини, з'єднані під кутом - клин. Роздивились будову ножів, сокири, колуна. Порубали ножем яблучка, порубали сокиркою дрова, Роздивились як сокира тримається на топорищі - там також забитий металевий клин. Так здогодались про два призначення клина - для роз'єднання на частини і для фіксації, "заклинювання".
Відтворили в реальності приказку "клин клином вишибають".

Валентина Мержиєвська

Мюнхгаузен жив!

Самостійно будували поліспасти.

Вимірювали силу, яку необхідно докласти для підняття вантажів за різної кількості блоків.
Перевірили, як поліспаст полегшує піднімання вантажів - вдвічі, в чотири рази.

Потім дітям захотілося зробити механізм, для піднімання себе. Це звісно, не з болота за волосся, але до стелі на поліспасті :) На жаль, він страшенно скрипів, тому не всі змогли спробувати, щоб не заважати заняттю старших.

Валентина Мержиєвська

Блок і поліспаст

Маємо кошик з камінцями і завдання - підняти його до стелі. Згадали всі вже відомі способи - корбу довелося в прикрутити десь на стелі, якби була достатньо довга дошка, її можна було б використати як похилу площину чи важіль. Але інтуїтивно діти відчувають, що є більш зручний варіант. І зрештою пропонують перекинути мотузку через балку і прив'язати до кошика.

Пробуємо. Кошик справді піднімається на потрібну висоту. Але тягти відчутно важко. Шукаємо причину - балка широка, шорстка, тому тертя між нею і мотузкою велике. До того ж мотузка з часом може перетертися і після всього лиш 11 підйомів вантажу в балці утворилась канавка.
Отже, потрібен кращий спосіб. Спершу спадає на думку вже відомий спосіб зменшення тертя - додати змазку, але мастити балку олією це якось дивно - мотузка буде жирною, олія зкрапуватиме на голову - не дуже зручно. Отже треба шукати невідомий спосіб.
Як під час вирішення винахідницьких задач, вигадуємо "чарівний" спосіб - "от якби воно взагалі не терлося!"
І так знайомимося з блоком. Мотузка прокочується по ролику майже без тертя.

Пробуємо. Значно ліпше :)
Оскільки в нас був не один блок, а декілька, то задля цікавості спробували зачепити кілька. Так ми збудували поліспат. І що цікаво, поліспатом піднімати вантаж було відчутно легше. А от чому так, будемо розбиратись наступного разу.

На перерві діти попросили один блок і змайстрували собі тролей :)

Валентина Мержиєвська

Корба

Сьогодні досліджуємо корбу. Пройшлись до місцевої кринички, в якій виявилось відірване відро. 

Але так навіть краще - кожний зміг спробувати покрутити ручку без остраху впустити вантаж і зустріти ручку несподіваною частиною тіла.

По поверненні в школу замалювали побачене. На одному з минулих занять з математики ми познайомились з проекціями об'ємних фігур, тож було дуже приємно, коли я спитала, як виглядатиме вал кринички (циліндричної форми) збоку і почула "круг" :)
Розглянувши вигляд збоку, визначили точку опори і точки прикладання сили і ваги. Провели аналогію з важелем.
 Фєдя згадав, що колись вони з батьками бачили іншу криничку, за описом встановили, що це "журавель". Спершу розглянули його конструкцію з точки зору механіки, а тоді пошукали спільні риси з птахом - цибатий, довгодзьобий.

 Якщо не обмежувати фантазію однією темою, будь-яке заняття може перетворитись у міждисциплінарне :)

Валентина Мержиєвська

Ворота

Застосовували важіль на практиці. Розбились на дві команди, оскільки мали дві великі колоди. Кожний отримав завдання роздобути важіль - жорсткий і довгий. Знайшли палиці, лопату, відламану ручку від тачки. Кожна команда мала відштовхати свою колоду на певну відстань.

Цікаво, що кожна команда використовувала різні важелі - одні першого роду, інші другого роду, не змовляючись. Дуже цікаво спостерігати, як діти інтуїтивно починають відчувати де потрібно підважити, щоб котилося в обраному напрямку. І чути раз по раз вигуки "передай мені точку опори!" кумедно :)

Коли вантажі було переміщено, ми повернулись в клас і замалювали те, що відбувалося. Розібрали де в кожному випадку було точка опори, які плечі сили.
Друга частина практичного дослідження проходила біля воріт.

Виявилось, що ворота - теж можна розглядати як важіль. Точкою опори якого є петлі, вантаж - власне, вага воріт, яка умовно розміщується в центрі створки, а плече сили ми змінювали, відкриваючи ворота якнайдалі від петель, а тоді поступово зменшували плече сили і відчували як ворота дедалі важче відкривати.

Валентина Мержиєвська

Важіль

Досліджуємо важіль. Вирішили, що згодиться будь-яка довга тверда, палка. В БеркоШко знайшлася кочерга. За вантаж взяли кошик з рахувальними камінчиками.

Дослідили важіль першого та другого роду.

Розібрали основні поняття - вага, точка опору, плече сили.

Подумали про застосування золотого правила механіки щодо важеля: чи більше плече сили, тим менша сила.

Продовжимо наступного разу.

P.S.: Найкращою ознакою вдалого заняття є розвиток теми в іграх.
На перерві діти побудували ліфт :)

Валентина Мержиєвська

Тертя

Розвиваючи тему похилої площини, говоримо про тертя. 

Розбираємо його різновиди: тертя ковзання, кочення і тертя спокою. Говоримо про способи зменшення сили тертя. 

Опис дослідів можна почитати тут. 

А дехто це вже бачив, "в дитинстві", 4 роки тому :)

Обговорили домашку - де ми в житті зустрічаємо похилу площину. Наступне завдання - поспостерігати тертя в світі навколо.

Валентина Мержиєвська

Шорсткість і нахил

Сьогодні досліджуємо властивості похилої площини - шорсткість, кут нахилу.
Спершу розглядаємо-торкаємо два брусочки - гладенький і шорсткий, та дві дошки - необроблену і лаковану.

Тоді прошу дітей висловити припущення, що буде легше спускатись.

Тоді перевіряємо практично: гладенький брусочок по гладенькій дошці, гладенький брусочок по шорсткій, шорсткий по шорсткій і шорсткий брусочок гладенькою дошкою.

Далі досліджуємо кут нахилу - чим більший кут, тим легше з'їжджає брусочок, навіть шорсткий по шорсткій дошці. Проводимо паралель із золотим правилом механіки про більшу відстань і меншу силу.
Щоб наочніше уявити як поводиться брусочок і дошка, я попросила всіх вишикуватись в рядочок, щільно один до одного і простягнути вперед руки. Шерега учнів уособлює собою «дошку», а їхні руки – це «скабки» на необробленій поверхні. 

Тоді хтось один, хто відіграє роль «брусочка», спробував пройти повз цей ряд. І кожна «скабочка» намагалась схопити «брусочка».
 А потім поверхню «обробили», учасники «дошки» розвернулись спиною і «брусочок» без перешкод пройшов повз гладенькі спинки.

Валентина Мержиєвська

Похила площина

Задались питанням будівництва пірамід та інших величних споруд в часи відсутності підйомних кранів.
Спробували піднімати валун вручну.

Доволі швидко вигадали закотити його по дошці, хоча було й важко.

Про довшу дошку довелося підказати. Були вражені полегшенням.

Так ми винайшли перший простий механізм - похилу площину. І познайомились із золотим правилом механіки: якщо виграємо у силі, то програємо у відстані.

Валентина Мержиєвська

Механіка. Початок

Курс механіки був експериментальним з першим набором у БеркоШко, але тим дітям дуже подобалося, тож спробуємо перевірити, чи сподобається і цим.
Спершу трохи поговорили про давні часи, коли у людства виникла потреба застосовувати інструменти - від полювання на мамонтів до зведення храмів, про необхідність збільшувати силу для переміщення і піднімання вантажів. Дійшли до висновку, що механіка має справу переважно з твердими предметами, не змінюючи їх форму чи стан, а тільки положення в просторі.
Потім дивились відеоролики і визначали, які елементи ланцюжків є механічними, а які ні.



Наостанок пробували малювати схеми можливих інших ланцюжків. Роздивлялись і обговорювали.

Валентина Мержиєвська

Клин і гвинт

Розглядаємо клин. Я питаю, з яких вже відомих вам простих механізмів можна було б зробити клин? Всі помічають дві похилі площини.

Далі ми цей клин встромляємо у дровинку, все глибще і глибше. Спостерігаємо, як зростає тріщина, поки не розколюємо навпіл.

 Згадуємо минулорічний дослід про інерцію з колкою яблук.

На практиці досліджуємо значення приказки "клин клином вишибають".

Другий механізм - гвинт. Роздивляємось болти і шурупи. Машка радіє, розказує як вона коли була маленькою, думала, що це металеві колечка, але коли ставила на бороздочку пальчик і починала обертати, пальчик сам переміщувався вздовж гвинта - маленька Машка думала, що це чари :)

Розглядаємо ще один механізм з гвинтом - м'ясорубку. Вона в середині має деталь - шнек, який проштовхує те, що має бути перемелене, до ножів. Уважно роздивившись шнек, всі разом доходимо до висновку, що це також похила площина, тільки цього разу вона намотана на стержень.

Розказую їм також про всюдихід зі шнеками замість коліс - він так і називається шнекохід:

Ну й, звісно, як же не згадати архимедів гвинт:

Пробуємо відтворити його з підручних матеріалів. Навколо вудилища обмотую тонку трубочку.

Воду підфарбували зеленкою, щоб легше було відстежувати. Обертали просто прокручуючи в долонях і нам таки вдалося закачати воду для зрошення парти :)

Була ще ідея приладнати до вудилища ручку від м'ясорубки, для більш рівномірного обертання, але забракло часу. Зате діти самі впізнали, що це корба.

Отже, це було завершальне заняття з простих механізмів. Ми розглянули важіль, похилу площину, ворот, блок, клин і гвинт. А також їх поєднання і варіації: поліспаст, колесо, дзигу тощо.

Але ні механіка, ні, взагалі, досліди на цьому не завершуються. Продовжимо займатись у наступному семестрі :)