Почему люди не выпадают из качелей?

Именно так спросила меня Катя, когда мы вернулись из парка. Сказала, что побоялась бы кататься на виденном ею аттракционе - больших качелях, которые переворачиваются вверх ногами, крутясь "солнышком".

И тогда я решила, что лучше сначала показать, а потом рассказать.

Вот так вот спонтанно получилось развивающее занятие на тему "Понятие силы в физике".

Для проведения эксперимента быстренько склеили с Катей из бумаги маленькую качельку, привязали веревочки, посадили туда человечков.

Самодельные качели

Эксперимент № 1.

Я попросила Катю для начала перевернуть качели вверх ногами. Человечки, конечно, выпали :). А потом я попросила ее раскрутить качели как можно быстрее. Человечки остались внутри, хоть и не были ничем привязаны. Фокус? Нет, законы физики!

Эксперимент №1

Дело в том, что на все вокруг действуют какие-то силы. Машина едет, потому что ее перемещает сила двигателя. Но если бы ее не притягивала Земля (это называется сила тяжести), она бы улетела в космос. А еще на нее действует сила трения, не давая разогнаться так, как она бы хотела.

А на наши качели действует еще одна сила - центробежная. Если что-то крутить, то от центра вращения к краю она  "давит". Поэтому центробежная сила как-бы "прижимает" человечков к сиденьям. Чем быстрее крутится, тем больше эта сила. И она гораздо больше силы притяжения Земли, которая заставляет нас падать. Напомнила Кате, что она сама эту силу чувствует каждый раз, когда катается на качелях у нас во дворе - ее в сидение так и вдавливает.

А когда Катя в ответ спросила, а почему же тогда из "Чертового колеса" никто не выпадает, ведь оно крутиться медленно, я даже обрадовалась. Значит, уже что-то ей понятно!

Эксперимент №2.

Прикрепили качели скотчем к обручу и стали крутить как "Чертово колесо", наблюдать, что с ними происходит. Оказывается, как колесо не поверни, они свисают всегда ровно вниз! Центробежная сила тут совсем маленькая, а какая же тогда тянет их? Это сила притяжения Земли.

Эксперимент № 2

Эксперимент № 3.

Рассказала ей о Галилее и Пизанской башне, Ньютоне и его яблоке :) О том, что на все-все-все вокруг действует эта сила всегда и везде. Побросали мы с Катей с высоты разные предметы, как Галилей, убедились, что все на свете падает вниз - и пушинки и железки.

А шарик, если его подбросить, куда полетит? Сначала вверх - потому что сила, с которой Катя его бросила, гораздо больше силы тяжести. Но когда Катина сила у шарика уменьшится (умышленно не стала говорить о трении, чтобы не запутать) и станет такая же, как сила притяжения, то он перестанет подниматься. А ведь Катина сила уменьшается и дальше. Поэтому сила притяжения уже тянет сильнее нее, и шарик опускается.

Так как воздушного шарика под рукой не оказалось, надули шарик из пакета для мусора :) И стали кидать. Он огромный и летит медленно - можно легко увидеть тот момент, когда сила тяжести "перевешивает" силу Катиного броска.

Эксперимент № 3

Рисунок: "Какие силы действуют на воздушный шарик"

Все это я рассказывала Кате, и сразу рисовала на картинках-схемах. Катина сила - это F, сила тяжести - G. Чем длиннее стрелочка, тем сильнее действует сила.

Вот Катя сильно бросила шарик, F гораздо длиннее G, поэтому он и летел вверх дольше, а значит выше. А тут Катя слабенько бросила. F почти такое же как G, поэтому шарик сразу стал падать.

Рисунок: "Чем больше сила броска, тем выше летит шарик"

После этого Катя целых полчаса увлеченно кидала шар, требуя, чтобы я все ее силы записывала :)
Когда она с этим разобралась, я нарисовала схемы наших качелей.
Вот силы, действующие на вращающиеся качели в первом случае:

Рисунок к эксперименту № 1

А вот эти же силы для "Чертового колеса":

Рисунок к эксперименту № 2

По длинам стрелок видно, какая из сил "сильнее". Какая победит, туда и будут двигаться качели и человечки в них.

Спрашиваю: "Понятно? Теперь не будешь бояться на том аттракционе кататься?". Катя отвечает: "Буду! Все равно страшно!" :)))

Р.S. Я конечно понимаю, что с точки зрения физики мои объяснения очень упрощены и не совсем корректны. Хотя бы в том, что центробежной силы, собственно, нет. Это лишь удобное определение для суммы более сложных сил. Но, думаю, для первого знакомства с физикой и ее силами это объяснение вполне подходит :)

Другие наши опыты и эксперименты: Опыт с чаем и молоком, Выращиваем снежинку, Почему сосульки всегда растут вниз, Что такое невесомость и как ее почувствовать в домашних условиях, На каком хлебе плесень растет быстрее,  Строение почвы, Влияние почвы на рост растений, Почему образуются лужи, Играем в детектива - отпечатки пальцев, Солнечные часы, Водяные часы - клепсидра, Добыча и выплавка металлов, химические опыты, "Луна",  Ракета на водяном двигателе,  Наблюдаем в микроскоп, Как самим сделать мультфильм.