Выполнили: Агеев Денис, Питерский Виталий, 8 “Ц” класс Руководители: Драган Е.А., учитель физики; Нестеренко А.А., учитель ТРИЗ
Гимназия №30 Петрозаводск 1999
Оглавление
1. Введение
7. Выводы
на оглавление
1. Введение
Коллекция игрушек “Киндер -сюрприз” вызывает заслуженный интерес у детей самого разного возраста. Мы решили рассмотреть эти игрушки как технические системы, реализующие различные способы преобразований механического движения.
Интерес к данной теме вызван следующими причинами:
особенностью этих игрушек является их динамичность, т.е. преобразование механического движения;
в игрушках реализованы различные типы передачи движения;
игрушки - простейшая модель реальных механизмов, что позволяет создать конструктор деталей, посредством которого можно воссоздать максимальное количество типов передач.
на оглавление
2. Цели работы.
Целью исследовательской работы является:
на оглавление
Изучение преобразования движения в игрушках “Киндер-сюрприз”;
Попытка усовершенствовать игрушку с целью упрощения механизма передачи;
создание новых игрушек на основе анализа возможных типов передач.
3. Методика исследования.
При исследовании игрушки фиксировалось 6 параметров, которые были отражены в карточке.
Таблица 1. Вид карточки исследования и примеры конкретных карточек.
| Название |
Воздействие на входе | Вид движения на входе. | Вид движения на выходе. | Составные части и тип контакта | От чего зависит результат. |
| “Морожeное” | Механическое | поступа- тельное |
вращательное | Колеса, на оси
которых есть зубчики и штырь с мороженым, на
конце которого есть зубчики. При вращении оси колес ее зубчики задевают за зубчики штыря с мороженым, тем самым заставляя мороженое вращаться. |
От формы зубцов оси колес и от формы зубцов штыря. |
| “птица” | Механическое | враща-тельное | колебательное | Колесо
неправильной формы (расширенное кверху) и крылья.
При вращении колеса задевает за выступ крыльев и тем самым поднимает их вверх. |
От формы колеса и формы выступа. |
4. Анализ картотеки.
На основе анализа 25 карточек была составлена классификация игрушек по двум классификационным признакам:
по типу преобразования движения (без учета внутреннего строения);
по геометрической форме взаимодействующих частей, осуществляющих передачу движения - классификация дана на основе рассмотрения главных составных частей игрушки.
Мы рассмотрели частоту появлений в коллекции игрушек с различными видами преобразований движения.
Таблица 2. Статистика возможных преобразований движения, реализованная в игрушках Киндер - Сюрприз".
| № п/п | Вид механического движения на входе: | Вид механического движение на выходе: | Количество игрушек в коллекции. | Названия игрушек. |
| 1 | Вращательное | колебательное | 6 | динозавр |
| 2 | толчок (сообщение импульса ) | поступательное | 5 | все инерционные игрушки |
| 3 | Поступательное | колебательное | 3 | птица |
| 4 | Поступательное | вращательное | 2 | мороженное |
| 5 | Поступательное в вертикальной плоскости | поступательное в горизонтальной плоскости | 1 | скрипка |
| 6 | поступательное | поступательное движение одной части | 1 | грузовик |
| 7 | импульс | вращательное | 1 | цветок с бабочками |
| 8 | импульс | колебательное | 1 | сова-неваляшка |
| 9 | сообщение потенциальной энергии | колебательное | 1 | клоун |
на оглавлениеВ некоторых игрушках движение не преобразовывалось , а только получалось посредством какой-то передачи:
шарнирной - в 2-ух случаях (например, подсолнух);
зубчатой - в 3-ёх ( корова , Шерлок Холмс , лев ).
В игрушках “Пеликан” и “Попугай” получалось колебательное движение за счёт геометрического эффекта. В форме игрушки использовался принцип математического маятника.
Принцип движения по инерции был реализован с помощью:
тяжёлого маховика , приводимого в движение 3 шестерёнками , взаимодействующими посредствам зубчатой передачи;
пары массивных роликов , расположенных на 2-ух параллельных осях , что обеспечивает устойчивость игрушки, т.к. центр тяжести расположен, и следовательно , длительность движения.
При исследовании игрушек ¦Киндер-Сюрприза" мы выяснили , что, в основном, их принцип действия основан на механических эффектах , т.е. преобразованиях одного вида механического движения в другой. Это определение вполне согласуется с классическим , согласно которому под физическим эффектом понимают результат воздействия одних физических объектов на другие, которое при определённых условиях взаимодействия приводит к вполне определённым изменениям значений некоторых физических величин.[ ]
5. Типы передач и возможности их использования в игрушках “Киндер - сюрприз”.
Анализ технической литературы по данной теме позволил выявить следующие виды передачи:
1). Ременную:
- плоская перекрестная;
- клиновым ремнем;
- многоременная;
- цепная.
2). Зубчатую:
- цилиндрическими колесами;
- коническими колесами;
- винтовыми колесами;
- червячная;
- реечная.
3). Ходовым винтом:
- с неразъемной гайкой;
- с разъемной гайкой.
4). С помощью муфты.
- кулачковая односторонняя;
- кулачковая двусторонняя;
- конусная;
- дисковая односторонняя;
дисковая двусторонняя.(см. приложение 1)..
Мы подробно изучили разновидности каждой передачи и выяснили, какие передачи встречаются в игрушках, а какие передачи нельзя реализовать из-за малых размеров частей игрушки.
Чаще всего в игрушках реализована зубчатая передача и ее разновидности.
Примеры: инерционная машинка, луноход, грузовик, лев, бегемот и др.
Была рассмотрена возможность замены существующей передачи другой, более простой. С этой целью имеет смысл использовать муфты.
Изучив механические преобразования движений и типы передач, мы предложили свою игрушку.
Вариант игрушки 1. Игрушка “Бегемот”.
В основе заложено преобразование вращательного движения катушки в поступательное движение передней части бегемота, причем движение происходит в вертикальной плоскости.
Принцип действия и устройство.
Тело бегемота состоит из 2-х частей: передней и задней. В передней части располагается катушка, на ось которой насажены лапы бегемота; на ободе катушек есть выступы, которые взаимодействуют с выступами головы бегемота. Если на катушку намотать нить, то при ее раскручивании катушка начинает вращаться, приводя в движение передние лапы и голову.
на оглавление6. Возможности использования эффектов в игрушках “Киндер”.
6.1. Возможности использования физических эффектов.
“Известно свыше 5 тысяч физических эффектов и явлений. Каждый эффект может служить ключом к большой группе изобретательских задач... В сущности возникла новая отрасль знания - изобретательская физика, знакомство с которой представляет огромный практический интерес для новаторов”.
Мы попытались рассмотреть вопрос об использовании указателей физических эффектов для получения идей новый игрушек. В указателе физических эффектов и явлений, сделанном разработчиками ТРИЗ даны описания эффектов, примеры изобретательских решений и таблицы применения для каждого описанного эффекта.
Изучая игрушки, мы выяснили, что в игрушках почти не задействованы поля (за исключением гравитационного). Очевидно, использование теплового, магнитного, электростатического и других полей позволит изобрести новую игрушку.
6.1.1. Использование теплового поля.
Для создания новых игрушек можно использовать сдвоенный эффект теплового расширения (би- эффект). Биметаллическая пластина (пластина, составленная из металлов с различным коэффициентом теплового расширения) позволяет создать деформацию при малой температуре.
Вариант игрушки 2: сделать из пластины гусеницу, и когда ребенок положит ее на руку, она будет сгибаться. Сделать пружину из пластины, на конце которой приделать рожицу и поместить ее в коробочку Когда ребенок возьмет ее пружинка расширится и рожица выскочит!
6.1.2. Использование магнитного поля.
Магниты помогают передвигать объекты, заменять детали и даже целые механизмы. Намагниченный шарик взаимодействует с железной пластиной и притягивается к ней. Если ребенок оттолкнет шарик то он опять притянется.
Вариант игрушки 3. Модификация игрушки “луноход”.
Вставить феррочастицы в зубчики колес и локатора лунохода и снять столбик с дополнительными зубчиками. Зубчики локатора будут связаны магнитным полем.
6.1.3. Использование архимедовой силы.
Предлагается применить в игрушках поплавок.
Вариант игрушки 4. Легкий человечек, к которому снизу прикреплен поплавок. Когда человечка окунают в воду, он “выпрыгивает” из нее.
Вариант игрушки 5. Сделать рыбку с поплавком и со смещенным центром тяжести и пустить ее по воде под углом. Рыбка будет прыгать по воде.
6.1.4. Использование электростатического поля.
Электростатика заряжает объекты разными зарядами и позволяет изменять их положение с помощью статического электричества.
Вариант игрушки 6
. Выполнить трущиеся части машинки передачи из материалов, которые при трении образуют электростатическое поле и связать их, например, с “пассажирами” или антенной. Возникающее поле будет менять положение видимых объектов (по принципу электрометра).Вариант игрушки 7. Аналог игрушки - султан, взаимодействующий с эбонитовой палочкой, потертой о шерсть.
На пластмассовую подставку
помещена металлическая пластина, к которой
прикреплены силуэты человечков, сделанные из
бумаги. При движении подставки по ворсовому
покрытию (детскому ковру) проходит электризация
трением и человечки начнут отталкиваться друг от
друга или не прикрепленная к покрытию нога будет
подниматься вверх, делать ластоку).
6.2. Возможности использования геометрических эффектов в игрушках.
6.2.1. Щетка.
Функция щетки - наносить или удалять какое-либо покрытие.
Возможные применения.
1. В патенте Великобритании описано транспортное средство (прицеп) для перевозок грузов по пересеченной местности. При его движении по неровной поверхности деформируются отдельные прутья, оставляя неизменной общую форму щетки.
2. Издавна охотники северных народов подбивали опорные поверхности лыж мехом. По шерсти" скользить легко, против, например на склоне, - трудно.
Вариант игрушки 8. Создать игрушку-зверя средней величины, чтобы его конечности: лапы, хвост, голова, - соединялись с туловищем шарнирами. Для того, чтобы она была интереснее, на лапах поместить щетки, чтобы на наклонной поверхности (например одежде) игрушка не скатывалась вниз.
7. Выводы.
Возможности игрушек “Киндер-сюрприз” далеко не исчерпаны, следует искать пути создания новых игрушек.
Анализ типов передач указывает на перспективность использования муфты в конструкциях игрушек.
Для получения новых игрушек следует использовать, помимо механических взаимодействий, физические поля. Перспективным представляется также использование физических и геометрических эффектов.
Нами проанализирована возможность использования изученных конструкций игрушек для преобразования движения в реальных механизмах и устройствах. Мы считаем, что большинство конструкций реализовать невозможно из-за их громоздкости (массы и габаритов) в реальных устройствах и предполагаем рассмотреть вопрос об упрощении этих видов моделей.
на оглавлениеСписок литературы.
Дерзкие формулы творчества./ Сост. А.Б. Селюцкий. - Петрозаводск: Карелия, 1987. - 269 с.: ил. - (Техника - молодежь - творчество).
Иванов Г.И. Формулы творчества, или как научиться изобретать: Книга для учащихся старших классов. - М.: Просвещение, 1994. - 207 с. Ил.
Правила игры без правил./ Сост. А.Б. Селюцкий. - Петрозаводск: Карелия, 1989. - 280 с.: ил. - (Техника - молодежь - творчество).