Игрушки на основе гироскопического эффекта

Мкртычян Елена Георгиевна

         Иногда о чем-нибудь незначительном говорят: «Это просто игрушки!». Но разве игрушки - пустяк? Игрушки, несомненно, были сделаны для того, чтобы развивать детей физически и интеллектуально. Именно они запечатлели в себе историю развития человечества и науки и именно они, зачастую, в своем применении основаны на физических законах, как например всем знакомое Йо-Йо. 

Скачать:

ВложениеРазмер
Файл igrushki_na_osnove_giroskopicheskogo_effekta.docx484.02 КБ

Предварительный просмотр:

Что такое гироскопический эффект?
Гироскопический эффект - (от греч. gyros — круг и skopeo — смотрю, рассматриваю, наблюдаю) — сохранение направления оси вращения свободно и быстро вращающихся (твердых) тел, сопровождаемое при определенных условиях, как прецессией (движением оси по круговой конической поверхности), так и нутацией (колебательными движениями (дрожанием) оси вращения. Говоря доступным для большинства языком, этот физический эффект это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве в плоскости своего вращения.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d5/Gyroscope_operation.gif/200px-Gyroscope_operation.gifhttps://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/82/Gyroscope_precession.gif/200px-Gyroscope_precession.gif
Гироскоп и его примеры.
Гироскопический эффект неразрывно связан с прибором -гироскопом (устройством, способным реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено).Для лучшего понимания его работы рассмотрим принцип работы данного прибора на примере вещей , которые есть у каждого человека – игрушек. В детстве у всех была юла? Если её раскрутить стоя, то затем она не будет падать в сторону. Это и есть гироскопический эффект и наглядная работа гироскопа. Кстати именно этот прибор установлен в кабине самолёта. Он позволяет пилоту определять угол наклона относительно горизонта. Ещё одним примером этого эффекта может являться поездка на велосипеде. Колесо — вращающееся тело, диск, который так же желает удержать Вас и велосипед, на котором Вы сидите, в вертикальном положении. Именно поэтому Вы не падаете, когда едете, никак не за счет своего отличного равновесия.
Гироскоп – игрушка. История создания Йо-Йо.
Йо-йо — игрушка, состоящая из двух одинаковых по размеру и весу дисков, скреплённых между собой осью, на которую верёвка надевается петелькой. Работает по принципу гироскопа. Впервые это знакомая всем
безделушка упоминается в 16 столетии. Филиппинские охотники использовали похожие предметы для ловли добычи. Это был отшлифованный камушек на длинном кожаном ремешке. Охотник запускал его так, что оружие обвивало шею животного и арканило его.
Йо-йо с верёвкой в виде петли начинает своё развитие примерно с 1920 года. Эпоха таких йо-йо продлилась вплоть до 1990-х годов. Это время примечательно тем , что тогда игрушка была показателем достатка и как правило появлялась в руках французских аристократов.
Начиная с 1990 года в йо-йо начали ставить подшипник, что позволило значительно увеличить время, в течение которого игрушка находится на конце нити, а это, в свою очередь, позволило увеличить время игры и разнообразить её.
Принцип работы Йо-Йо.
Йо-йо основана на механической инерционности вращения катушек и их взаимодействия с верёвкой и между собой.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1b/Toy_yo-yo.JPG/220px-Toy_yo-yo.JPG

При броске йо-йо, размотав до конца верёвку, начинает свой возврат по ней в руку играющего. Поскольку йо-йо быстро вращается, возникает гироскопическая стабилизация её оси вращения, которая даёт возможность игроку выполнять ряд трюков. Под действием силы тяжести диски опускаются вниз, при этом намотанная на ось между дисками верёвка вызывает раскручивание йо-йо, достигнув нижней точки и размотав верёвку диски по инерции продолжают вращаться, и верёвка наматывается на ось в обратном направлении, тем самым йо-йо поднимается по ней вверх. В начале XX века верёвку перестали привязывать к оси, а стали просто делать петлю, благодаря чему стало возможно отправлять йо-йо в состояние «слипа» при котором игрушка некоторое время вращается на конце размотанной верёвки.

Благодаря этому стали возможны стили игры с активным взаимодействием йо-йо с верёвкой.

Материалы для любимой игрушки.
Раньше йо-йо делались из цельного куска дерева (сейчас их делают для истинных коллекционеров) или из глины. В настоящее время йо-йо изготавливают из пластика или различных металлов, алюминиевых сплавов. Также существуют композитные йо-йо (пластиковые йо-йо с металлическими ободами). Последние стоят между пластиковыми (для начинающих) и high-end (для профессионалов).https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/42/Yomega_brain.jpg/220px-Yomega_brain.jpghttps://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b7/Juguetes_del_taller_de_Zen%C3%B3n_Hern%C3%A1ndez_en_Teocaltiche%2C_Jalisco_33.jpg/220px-Juguetes_del_taller_de_Zen%C3%B3n_Hern%C3%A1ndez_en_Teocaltiche%2C_Jalisco_33.jpg

Современные йо-йо имеют подшипник для увеличения времени «слипа», а также разнообразные формы половинок, системы тормозов и способов производства самих верёвок. Стоит отметить, что не все высококлассные йо-йо являются металлическими. Они так же производятся из особого пластика — целкона. В таких йо-йо вес, как и в металлических, распределён по ободам, что даёт больший «слип» и стабильность при выполнении сложных игровых связок. Существует вариант йо-йо со встроенными лампочками (светодиодами) и вставляющимися батарейками. Боковые съёмные крышки сделаны из разноцветного прозрачного пластика, основа также прозрачная. Когда игрушка разматывается, под действием центростремительной силы замыкается пружинный контакт и загораются две лампочки или светодиода. При возвращении игрушки в исходную позицию контакт размыкается.
                 

Йо –Йо из деревянной катушки .
Как сделать игрушку йо-йо своими руками в домашних условиях?  На самом деле, ответ довольно прост, а процесс создания игрушки ещё и весьма увлекателен. И так самый простой вариант изготовления ЙО-ЙО. Собирается она буквально за 5-10 минут, а служит весьма достойно и долго. Для сборки нам понадобится следующее:

1)деревянная катушка от ниток

2)гвоздь; (Вместо гвоздя можно взять любой другой металлический стержень);

3)веревка (примерно 1 метр) 
Удаляем среднюю часть деревянной катушки, где ранее располагались нитки. Помещаем стержень во внутреннюю часть будущей игрушки (другой вариант – просто склеить боковые грани. Так же, если расстояние между гранями катушки не велико, то её середину можно и вовсе не удалять, а сразу крепить на нее верёвку). Осталось только привязать к йо-йо веревку. Фиксируем нить между гранями игрушки с помощью заранее сделанной петли, и я хочу вас поздравить, ваше Йо-Йо готово к использованию.
Йо-Йо из ненужных запчастей и деталей других игрушек.

       Если вы не любите выбрасывать уже полюбившиеся вам вещи после того, как они пришли в негодность и стремитесь наделить их «второй жизнью», то это способ создания Йо-Йо идеально вам подойдёт. Все что нам потребуется это две детали (в моём случаи два колеса от сломанной модели машины) которые мы сможем соединить в одно целое, намотав на них нить. И так приступим. Для изготовления игрушки нам понадобится :
Нить 1-1,5 метра ;
Две детали круглой формы , которые будут использоваться в качестве граней Йо-Йо(это могут быть колёса , шестерёнки , пришедшие в негодность и т.д.)
Первое , что нам потребуется сделать , это вкрутить небольшой болт в одну из граней . Затем на первую и вторую грань необходимо надеть колпачки, имеющие небольшие выступы. (Эти выступы вставляются в отверстия на гранях колеса. Если в ваших деталях подобная возможность не представится, то болтики можно прикрыть с помощью крышек, приклеенных к граням будущей игрушки).   Следующий наш шаг , это фиксация нити по тому же принципу , что и в прошлой нашей поделке.
 Завершающим шагом мы соединяем грани воедино с помощью отвёртки и ваше импровизированное Йо-Йо готово.

4.1. История применения и входа в обиход человека.

Йо-йо с верёвкой в виде петли начинает своё развитие примерно с 1920 года (модификация филиппинца Педро Флореса), также называемая «Old-School» (Старая школа). Эпоха таких йо-йо продлилась вплоть до 1990-х годов.https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/dc/1791-Yo-Yo-Bandalore.jpg/149px-1791-Yo-Yo-Bandalore.jpghttps://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0f/Yoyo_patent_1866.png/150px-Yoyo_patent_1866.png

Начиная с 1990 года в йо-йо начали ставить подшипник, что позволило значительно увеличить время, в течение которого йо-йо «спит» на конце верёвки, а это, в свою очередь, позволило увеличить время игры.

Стиль игры с данными йо-йо называется, соответственно,

«New School» (Новая школа).

Современные йо-йо оснащены подшипником и силиконовыми тормозами на внутренней стороне половинок йо-йо. Также увеличено расстояние между половинками игрушки.

4.2. Стили игры с гироскопической игрушкой.

В современных реалиях существует немало разновидностей и способов развлечь себя и окружающих с помощью Йо-Йо, начиная от игры в такой называемой «старой школе», заканчивая сотнями вариаций «новой школы». Сейчас я перечислю наиболее интересные.

Лупинг (англ. loop — петля) — стиль игры, при котором игрок движениями руки направляет йо-йо по эллиптической траектории вокруг руки; основной задачей выполнения трюков «лупинга» является их продолжительное выполнение без возврата йо-йо в руку. Йо-йо для выполнения трюков

«лупинга» могут быть стандартной или модифицированной формы (обода в виде плоских дисков).

Стринг (англ. string — верёвка, нить) — самый популярный стиль игры, основанный на выполнении трюков во время «слипа».

ДаблСтринг (или Чери) (англ. string — верёвка) — стиль игры, в котором используется 2 йо-йо, намного сложнее стринга и лупинга.

Оффстринг (англ. offstring — вне верёвки) — стиль игры, в котором ось йо-йо не крепится к верёвке. Для трюков этого стиля обычно используются большие йо-йо, облегчающие ловлю на верёвку, однако достаточно тренированный игрок может играть в этом стиле практически любым йо-йо.

Каждый из перечисленных стилей уникален по-своему и каждый мастер по-своему раскрывает его, однако есть вещь, объединяющая все эти направления – трюки, или же зрелищные приёмы игры:

Маунты (англ. mount — опора, подставка) — верёвка обматывается вокруг пальцев, после чего на один из полученных отрезков ловится йо-йо. Простейшим «маунтом» является «трапеция» — после броска вбок йо-йо делает оборот вокруг пальца руки, не делавшей бросок («свободной руки») и приземляется на верёвки.

Хопы (англ. hop — прыжок) — после выполнения «маунта» игрок резко увеличивает натяжение верёвки (в редких случаях — придавая импульс своим телом, однако такое выполнение «хопа» считается неверным), заставляя йо-йо подлететь, после чего его ловят либо на тот же, либо на другой отрезок верёвки, задействованный в «маунте».

Випы (англ. whip — кнут, удар кнутом) — игрок захватывает в каком-либо месте верёвку, после чего подкручивающим движением забрасывает получившуюся петлю на йо-йо. Практически единственный тип трюков, представители которого пригодны к исполнению одной рукой.

Хуки (англ. hook — крючок) — подвид «ласерейшенов», требующий также техники «слэк». Петля оборачивается вокруг пальца, одновременно зацепляя йо-йо. 
                                                                     

   При выполнении проектной практической работы я узнал об интересном физическом явлении – гироскопическом эффекте; лишний раз убедился на практике, как порой кажущиеся на первый взгляд сложными и неясными физические явления можно внедрить в простые вещи, которые у нас всегда под рукой, как, проявив немного изобретательности и терпения, можно на основе физических законов создать культовую для своей эпохи игрушку, годящуюся в применения людям любого возраста. В ходе изучения литературы по поставленной цели, я выяснил историю Гироскопического эффекта, его основные понятия, открыл для себя несколько новых приборов, помогающих в изучении это физического явления на практике, рассказал про то, чем было Йо-Йо в прошлом , и какой любимая безделушка стала сейчас.
Немаловажным аспектом стало изготовления игрушек своими руками , что помогло углубиться в изучение основ создания Йо-Йо и показать как легко и просто можно Получить из отживших своё вещей уникальный физический прибор.
А теперь, обобщим всё выше перечисленное. Итак , гироскопический эффект - это способность быстро вращающегося тела удерживать своё положение в пространстве(по направлению своего движения). С этим физическим явлением неразрывно связан прибор гироскоп, помогающий в его изучении. Таким прибором, наглядно демонстрирую принцип своей работы, могут стать детские игрушки : Юла и Йо-Йо`шник.  В свою очередь Йо-Йо может быть всевозможных форм и из самых разнообразных материалов , начиная от обычного дерева и пластмассы, и заканчивая  ювелирной работой из стекла и драгоценных камней. Потому то она и была популярна среди вельмож и знатных особ, готовых себе позволить дорогую на тот момент безделушку.
  Спустя несколько лет Игрушка захватывает молодёжь , притягивая интерес юных любителей физики к себе. Появляется множество разновидностей игры с ней :
1) Стринг;
2) ДаблСтринг;
3) Оффстринг и др.

Начинают проводится соревнования среди умелых .В ходе работы я рассказал вам несколько способов , как из подручных материалов собрать самый простой в изготовлении гироскоп, подарив вторую жизнь вашим деревянным катушкам , колёсам, дискам , крышкам от банок и жестяных вёдер.
                         
Список информационных источников.
* Павлов В.А. Гироскопический эффект, его проявления и использование.

* Павлов В.А. Гироскопический эффект, его проявления и использование.

* Павлов В.А. Теория гироскопа и гироскопических приборов.
*  
https://studfile.net/preview/1444045/ .
*  
http://physics-lectures.ru/fizicheskie-osnovy-mexaniki/5-9-giroskop-giroskopicheskij-effekt/ .
*https://ru.wikipedia.org/wiki/
*  
https://playlab.ru/club/history/yo-yo/ .