Механика галилео набор 60 опытов стробоскоп. Набор «Механика Галилео» (Научные развлечения)

Развивающий набор «Механика Галилео» поможет понять, что такое классическая механика, опыты продемонстрируют, как работают её законы. Книга с подробным описанием 60 экспериментов входит в комплект.

Назначение

Набор «Механика Галилео» позволит вам окунуться в мир физики, начиная с ее истоков. Когда школьников начинают знакомить с естественнонаучными дисциплинами, на них обрушивается море сложной для восприятия информации. Чтобы лучше всё понять и запомнить, желательно сначала увидеть, как на практике работают законы механики, провести простые эксперименты.

Если доходчиво объяснить ребенку законы Ньютона и Галилея, то более сложные разделы физики лягут на подготовленную почву и будут усвоены лучше. Знание законов классической механики поможет найти верный алгоритм решения задачи даже в далекой от механики области.

Чему научится ребенок?

Научный набор «Механика Галилео» наглядно демонстрирует основы механики для детей. Почему течет вода? Как держать равновесие и измерить силу? Как предугадать, куда отскочит шар на бильярдном столе? Ребенок получит представление об окружающем мире, о природе физических явлений и наверняка заинтересуется наукой.

Механика Галилея(принцип инерции, понятие иррациональных систем отсчёта, принцип относительности движения, принцип суперпозиции.) Анализ неравномерного движения. Закон падения тел. Закон маятника.

Галиле́о Галиле́й (итал. Galileo Galilei; 15 февраля 1564, Пиза - 8 января 1642, Арчетри) итальянский физик, механик, астроном,философ и математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Он первым использовал телескоп для наблюдениянебесных тел и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. Галилей - основатель экспериментальной физики. Своими экспериментами он убедительно опроверг умозрительную метафизику Аристотеля и заложил фундамент классической механики. При жизни был известен как активный сторонник гелиоцентрической системы мира, что привело Галилея к серьёзному конфликту скатолической церковью. В формировании классической механики и утверждении нового мировоззрения велика заслуга Галилео Галилея. Галилей родился в тот год (1564), когда умер Микеланджело и родился Шекспир. Галилей - выдающаяся личность переходной эпохи от Возрождения к Новому времени. С прошлым его сближает еще многое. Так, он не определился с вопросом о бесконечности мира; не признавал законов Кеплера ; у него нет еще представления о том, что тела движутся в «плоском» однородном пространстве благодаря их взаимодействиям, и др. Но в то же время он весь устремлен в будущее - он открывает дорогу математическому естествознанию. Он был уверен, что «законы природы написаны на языке математики»; его стихия - мысленные кинематические и динамические эксперименты, логические конструкции; главный пафос его творчества - возможность рационального постижения законов природы. Смысл своего творчества он видит в физическом обосновании гелиоцентризма, учения Коперника. Галилей закладывает основы экспериментального естествознания, показывая, что естествознание требует умения делать научные обобщения из опыта, а эксперимент - важнейший метод научного познания.

Принцип инерции: сформулировал принцип инерции (если на тело не действует сила, то тело находится либо в состоянии покоя, либо в состоянии прямолинейного равномерного движения); акон инерции сделал движение тел абсолютным явлением, а покой относительным – два движущихся тела покоятся относительно друг друга, если скорость движения одного из них относительно другого равна нулю. Из этого закона вытекало, что все тела, так или иначе, находятся в движении. До него считалось, наоборот, что все тела находятся в покое и сила только перемещает тело из одного места в другое. В принципе закон инерции является отражением принятого утверждения о существовании времени как равномерного процесса в реальном мире. Если время двигается равномерно само по себе, то и в реальном мире тоже что-то должно было двигаться равномерно и без побуждения. Поскольку движения по кривой определённо требовали искривляющую силу, то для такого равномерного движения без побуждения было избрано движение по прямой линии. Инертность - свойство тела в большей или меньшей степени препятствовать изменению своей скорости относительно инерциальной системы отсчёта при воздействии на него внешних сил. Мерой инертности в физике выступает инертная масса. Принцип относительности Галилея: сформулировал принцип относительности движения (все системы, которые движутся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (т.е. инерциальные системы) равноправны между собой в отношении описания механических процессов); Однако «отцом» принципа относительности заслуженно считается Галилео Галилей, который придал ему чёткую физическую формулировку, обратив внимание, что находясь в замкнутой физической системе, невозможно определить, покоится эта система или равномерно движется. В своей книге «Диалоги о двух системах мира» Галилей сформулировал принцип относительности следующим образом: «Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия.». Следует отметить, что понятие инерциальной системы отсчёта - абстрактная модель, то есть некий идеальный объект, рассматриваемый вместо реального объекта (примерами абстрактной модели служат абсолютно твердое тело или нерастяжимая невесомая нить). Реальные системы отсчёта всегда связаны с каким-либо объектом или объектами, и соответствие реально наблюдаемого движения тел в таких системах с результатами расчётов будет неполным. Существуют такие системы отсчёта, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными системами отсчёта (ИСО). Все другие системы отсчёта (например, вращающиеся или движущиеся с ускорением) называются соответственно неинерциальными. Проявлением неинерциальности в них является возникновение фиктивных сил, называемых «силами инерции».

Он совершенно правильно предположил, что полёт такого тела будет представлять собойсуперпозицию (наложение) двух «простых движений»: равномерного горизонтального движения по инерции и равноускоренного вертикального падения. акже, по Галилею, камень из пращи летит по прямой, «Сообщенный импульсдействует по прямой линии», «брошенное тело приобретает импульс по касательнойк дуге, описанной движением бросающего в точке отрыва брошенного тела». «Ядро,выйдя из пушки…продолжит свое движение по прямой, продолжающей линию ствола,насколько его вес не заставит отклониться от этой прямой линии к земле».

Это позволяетпредставить движение как сложную сумму движения прямого и отклонения, причемпрямое может получиться и при компенсации действия тел и сил.

Галилей в 1580-хоткрыл закон часов, сохранения времени колебаний маятника, где тело переходилоиз «естественного» падения к «насильственному» подъему и обратно и в «Диалоге»заключил, что «сила, которая перемещает тело вверх, является не менеевнутренней, чем которая движет его вниз, и я считаю естественным как движениетяжелых тел вверх посредством сообщенного им импульса, так и движение вниз,зависящее от тяжести». А «с движущимся телом на поверхности, которая неподнимается и не опускается?», «Когда тело движется по горизонтальнойплоскости, не встречая никакого сопротивления движению, то…движение егоявляется равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскостьпростиралась в пространство без конца» (хотя «движущемуся телу невозможнодвигаться вечно прямолинейным движением»).

Галилей установилтакже принцип относительности (11.6) такого движения «с любой скоростью, итогда, если движение будет только равномерным…все явления не изменяются инельзя установить, движется корабль или стоит неподвижно». Это объясняло,почему мы не замечаем движения Земли вокруг Солнца и своей оси, по Копернику, авидим движение Солнца и звезд относительно нас. По Галилею, такое«инерциальное» движение системы может быть и круговым, что позже пересмотрелиНьютон и Эйнштейн в теории относительности (11кл.). Инерциальная системаотсчета – модель, используемая в физике для анализа и рассмотрения реальныхдвижений как суммы абстрактных, включая условия их близости, приближения.

Это выражает сохранениескорости и импульса, явление и понятие инерции, по Ньютону, «ЗаконI. Всякое тело сохраняетсостояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и посколькуоно не изменяется силой». Это отвечает условию, когда на тело не действуютдругие тела или их действие компенсируется. Далее можно установитьколичественную меру сил и инерции.

Находясь в Падуанском университете, Галилей изучал инерцию и свободное падение тел. В частности, он заметил, что ускорение свободного падения не зависит от веса тела, таким образом опровергнув первое утверждение Аристотеля.В своей последней книге Галилей сформулировал правильные законы падения: скорость нарастает пропорционально времени, а путь - пропорционально квадрату времени . В соответствии со своим научным методом он тут же привёл опытные данные, подтверждающие открытые им законы. Более того, Галилей рассмотрел (в 4-й день «Бесед») и обобщённую задачу: исследовать поведение падающего тела с ненулевой горизонтальной начальной скоростью. Он совершенно правильно предположил, что полёт такого тела будет представлять собой суперпозицию (наложение) двух «простых движений»: равномерного горизонтального движения по инерции и равноускоренного вертикального падения. Галилей доказал, что указанное, а также любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе. В истории науки это первая решённая задача динамики. В заключение исследования Галилей доказал, что максимальная дальность полёта брошенного тела достигается для угла броска 45° (ранее это предположение высказал Тарталья, который, однако, не смог его строго обосновать). На основе своей модели Галилей (ещё в Венеции) составил первые артиллерийские таблицы.

Галилей опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что период колебаний не зависит от их амплитуды (это приблизительно верно для малых амплитуд) . Он также обнаружил, что периоды колебаний маятника соотносятся как квадратные корни из его длины. Результаты Галилея привлекли внимание Гюйгенса, который изобрёл часы с маятниковым регулятором (1657); с этого момента появилась возможность точных измерений в экспериментальной физике.

Набор «Механика Галилео» наглядно демонстрирует нам основы механики - одного из разделов физики. Почему течет вода? Как держать равновесие и измерить силу? Почему отскок шара на бильярдном столе можно предугадать? На эти и другие вопросы Вы сможете ответить своему ребенку при помощи набора «Механика Галилео». Ребенок получит представление об окружающем мире, о природе физических явлений и заинтересуется наукой. Пытливость ума - вот главное условие развития гармоничной личности.
В состав набора входят:
1. Рабочее поле 1 шт. Вырубка, картон.
2. Нога 2 шт. Вырубка, картон.
3. Булавка большая 4 шт. Вырубка, картон.
4. Булавка малая 2 шт. Вырубка, картон.
5. Перекладина узкая 1 шт. Вырубка, картон.
6. Перекладина широкая 1 шт. Вырубка, картон.
7. Желоб 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
8. Желоб длинный 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
9. Держатель без окна 2 шт. Вырубка, картон.
10. Держатель с окнами 1 шт. Вырубка, картон.
11. Башня перекладина 1 шт. Вырубка, картон.
12. Башня развертка 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
13. Динамометр флажок 1 шт. Вырубка, картон.
14. Динамометр развертка 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
15. Подставка под рабочее поле 2 шт. Вырубка, картон.
16. Рельсы 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
17. Рычаг развертка 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
18. Полоса ABC 1 шт. Вырубка, гофрокартон.
19. Булавка малая тонкая 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
20. Круг с 2 отверстиями 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
21. Круг с центральным отверстием 6 шт. Вырубка, гофрокартон.
22. Круг со смещенным отверстием 2 шт. Вырубка, гофрокартон.
23. Шар малый 10 мм 4 шт.
24. Шар средний 18 мм 3 шт.
25. Шар большой 32 мм 1 шт.
26. Шар для пинг-понга 1 шт.
27. Магнит кольцевой большой 40 мм 2 шт.
28. Полосовой магнит 1 шт.
29. Крючок 8 шт.
30. Катушка 1 шт.
31. Кювета 1 шт.
32. Шприц 10 мл 1 шт.
33. Пористый пластик (квадрат) 1 шт.
34. Резинка моток 1 м
35. Нить моток 1,5 м
36. Зубочистки 10 шт.
37. Банка мыльных пузырей 1 шт.
38. Копировальная бумага 2 листа
39. Самоклеящаяся бумага 1/4 листа
40. Стробоскоп 1 шт.
41. Батарейка АА 3 шт.
42. Кнопки силовые 3 шт.
43. Ложемент 1 шт.
44. Коробка 1 шт.
С помощью входящей в набор инструкции Вы сможете провести 60 экспериментов из различных разделов механики.
Шар на наклонной плоскости
1. Шарик на наклонной плоскости 1
2. Шарик на наклонной плоскости 2
3. Шарик на наклонной плоскости 3
4. Опыт Галилея с легкими шарами
5. Сопротивление воздуха.
Как собрать экспериментальную установку
6. Шарик в желобе
7. Вода и песок
8. Вода и лед
9. Сырое и вареное яйцо
10. Перевертыш
11. Под горку... вверх
Системы отсчета. Траектории
12. Траектория
13. Движущаяся система отсчета
14. Кто точнее
15. Траектория полета снаряда
Столкновения шаров. 16. Столкновение шаров одинаковой массы на бифилярном подвесе
17. Столкновение шаров различной массы
18. Практикум юного бильярдиста
19. Удар с накатом
20. Удар с оттягом
21. Упругий и неупругий удар
22. Изучение отскока шарика при упругом и неупругом ударе
23. Определение твердости материала по глубине лунки
Движение шарика в силовом поле.
24. Движение шарика в магнитном поле
25. Движение шарика в магнитном поле при различной скорости
26. Движение шара в отталкивающем поле
27. Понятие потенциального барьера
28. Движение шара в потенциальной яме
Сила. Измерение силы.
29. Динамометр
30. Измерение веса тела
31. Сила Архимеда
32. Измерение силы магнитного притяжения
33. Измерение силы трения скольжения
Простые механизмы. Равновесие.
34. Наклонная плоскость
35. Балка, ребро жесткости
36. Правило рычага
37. Деформации при изгибе, растяжении, сжатии и кручении
38. Равновесие. Центр тяжести
39. Когда упадет Пизанская башня?
Колебания
40. Математический маятник
41. Модель маятника Фуко
42. Резонанс. Передача энергии от одного маятника другому
43. Упругие колебания
44. Вязкое трение. Демпфирование. Амортизатор
45. Крутильные весы. Измерение электростатических и магнитных сил
46. Крутильные колебания. Вязкость
47. Вращение кольца
48. Дедушкина игрушка (вынужденные крутильные колебания)
49. Модель Земли
50. Маятник Максвелла
Вращение
51. Волчок
52. Оптические фокусы
53. Парадокс с катушкой
54. Ученая банка
55. Смерч у вас дома
56. Поверхностное натяжение
Получение изображения с помощью метода многократных вспышек. Стробоскоп.
57. Наблюдение стробоскопического изображения математического маятника
58. Стробоскопическое изображение вращающейся вертушки
59. Стробоскопическое изображение струи воды
60. Наблюдение волн на поверхности воды
Упаковка - картонная коробка, 320х410х60 мм.

Механика Галилея дает идеализированное описание движения тел вблизи поверхности Земли, пренебрегая сопротивлением воздуха, кривизной земной поверхности и зависимостью ускорения свободного падения от высоты. Его теория покоится на четырех простых аксиомах, которые Галилей не сформулировал в явном виде, но которые скрыто присутствуют во всех обсуждениях. Первая аксиома, касающаяся специального случая движения, в наше время называется законом инерции, или первым законом Ньютона. Вторая аксиома - это закон свободного падения, установленный Галилеем. Третья аксиома характеризует движение тел, скользящих без трения по наклонной плоскости, а четвертая - движение снарядов. Рассмотрим эти аксиомы более подробно.

1. Свободное движение по горизонтальной плоскости происходит с постоянной по величине и направлению скоростью.

Согласно этому закону, тело, скользящее без трения по горизонтальной поверхности, никогда не будет ни замедляться, ни ускоряться, ни отклоняться в сторону. Это утверждение не является прямым обобщением экспериментальных наблюдений. Если бы это было так, то формулировка закона гласила бы: «Тело, свободно движущееся по горизонтальной поверхности, постепенно замедляется и в конце концов останавливается». Вместо этого в законе Галилея говорится о движении, которое никогда не наблюдалось и, вероятно, не может наблюдаться в действительности.

Как последователь Архимеда, Галилей полагал, что физические законы больше похожи на геометрические аксиомы (хотя идеальные треугольники и окружности тоже не существуют в природе), чем на эмпирические обобщения. Но он не просто пренебрегал усложнениями, вносимыми трением и сопротивлением воздуха, так как в противном случае ему не удалось бы сравнить свои теоретические выводы с экспериментальными данными, - он придумывал эксперименты, которые позволяли убедиться в незначительности этих эффектов. Например, он сбрасывал два ядра одинакового размера, но сделанные из разного материала «с высоты 150 или 200 локтей … Эксперимент показывает, что они достигают Земли с малой разницей в скорости, убеждая нас в том, что в обоих случаях замедление, обусловленное воздухом, мало».

Свой закон свободного движения Галилей получил не из реальных экспериментов, а из мысленного опыта. Представьте себе тело, скользящее без трения вниз по наклонной плоскости. Кажется очевидным, что скорость тела должна увеличиваться независимо от того, каков угол наклона плоскости. Аналогичным образом тело, движущееся по наклонной плоскости вверх, должно замедляться независимо от угла наклона плоскости. Но тогда из соображений симметрии следует, что скорость тела, скользящего по идеальной горизонтальной поверхности, не должна ни уменьшаться, ни увеличиваться.

2. Свободно падающее тело движется с постоянным ускорением.

По определению равноускоренным называется движение, при котором скорость тела за равные промежутки времени увеличивается на одну и ту же величину. Как пришел Галилей к закону свободного падения? Изучение его трудов позволяет предположить, что в процессе работы над законом он прошел три следующих этапа.

а. Галилей предположил, что первоначально покоящееся тело постепенно увеличивает свою скорость от начального значения v = 0. Сейчас это кажется очевидным, однако во времена Галилея полагали, что как только на тело
начинает действовать сила тяжести, оно мгновенно приобретает некоторую скорость, причем тем большую, чем тяжелее тело, и эта скорость остается неизменной до самого конца падения. Галилей придумал мысленный эксперимент, который показывал, что тело, падающее из состояния покоя, сначала должно двигаться очень медленно, а затем постепенно по мере падения будет увеличивать свою скорость.

б. Выбор конкретного закона. Галилей полагал, что движение падающих тел должно описываться простым законом, поскольку простота - неотъемлемое свойство природы. На какое-то время он остановился на законе о равных приращениях скорости за равные интервалы расстояния (вместо времени). Но Галилей отверг этот закон, когда понял, что если бы он был справедлив, то тело, первоначально покоящееся, осталось бы в покое навсегда.

в. Проверка закона v = gt. Как мы уже видели, согласно этому закону, расстояние, пройденное телом при свободном падении из состояния покоя, пропорционально квадрату времени, в течение которого происходило движение. Во времена Галилея проверить этот вывод было трудно. Точные часы еще не были изобретены, и временные интервалы Галилей обычно отсчитывал по собственному пульсу. Поэтому кратчайший промежуток времени, ко-
торый он мог надеяться измерить с точностью, скажем, 10%, составлял не менее 10 с. Но за 10 с свободно падающее тело пролетает почти половину километра. Галилей обошел практические трудности, связанные с измерением
больших расстояний и коротких временных интервалов, использовав наклонную плоскость. Используя в своих экспериментах наклонную плоскость с малыми углами наклона, Галилей смог проверить гипотезу постоянства ускорения при вертикальном падении.

Из закона Галилея вытекает, что конечная скорость тела, скользящего без трения по наклонной плоскости из состояния покоя, зависит лишь от высоты, с которой тело начало двигаться, но не зависит от угла наклона плоскости.

4. Принцип относительности Галилея и движение снарядов.

Рассмотрим вместе с Галилеем следующий мысленный эксперимент. Груз падает с верхушки корабельной мачты. В какую точку палубы он упадет? Некоторые из современников Галилея отвечали так: «Все зависит от того, движется корабль или покоится. Если корабль покоится, то груз упадет у основания мачты, а если корабль движется, то точка падения сместится назад, т. е. в сторону, противоположную движению корабля». Такой ответ полностью согласуется с опытом. Однако Галилей доказал, что траектория падающего тела отклоняется от вертикали лишь вследствие сопротивления воздуха. В вакууме тело упало бы точно под точкой, из которой начало падать, если только корабль движется с постоянной скоростью в неизменном направлении. Эта гипотеза привела Галилея к выводу о том, что с точки зрения стоящего на берегу наблюдателя траекторией тела, падающего с мачты равномерно движущегося корабля, будет парабола.

Когда детей начинают знакомить с естественнонаучными дисциплинами, на них обрушивается море сложной для восприятия информации, правил и законов. Чтобы все они лучше запомнились и усвоились важно дать сначала понятные и доступные базовые представления о предмете. Перед изучением биологии стоит наглядно показать как устроены клетки животных и человека, изучая физику, увидеть, как работают на практике законы механики.

Если в свое время доходчиво объяснить ребенку принцип действия законов Ньютона и Галилея, все остальные, более сложные разделы физики лягут на подготовленную почву и лучше усвоятся. Даже если какая-то тема будет трудна и не совсем понятна, ситуации, когда ученик будет сидеть на уроке и совсем ничего не понимать, точно не случится. Знания законов классической механики поможет найти верный алгоритм решения задачи даже в далекой от механики области.

Как заинтересовать школьников научными знаниями? Ответ уже давно найден – нужно показывать им больше разнообразных опытов, а также давать возможность не только смотреть, но и самим эти эксперименты производить. Если теоретическая часть сопровождается занимательным опытом, разгадку «чудес» которого подробно и интересно рассказывает учитель, то ребенок гораздо лучше усвоит материал заинтригованный происходящим в классе процессом. Опыт постановки экспериментов учит ребенка заранее прогнозировать результат своих действий и сравнивать теоретические выкладки с практическим результатом. Но в школьной программе практической части не уделяют должного внимания. Скомпенсировать такую однобокость обучения помогут готовые наборы для опытов . При помощи таких научно-игровых пособий ребенок может экспериментировать дома в любое свободное время. В таких наборах обычно подобран перечень опытов, которые младший школьник может провести самостоятельно. Но заниматься с такими пособиями могут и дошкольники вместе со своими родителями, если они испытывают интерес к естественнонаучным знаниям.