Simples, mais difficiles, les toupies ont une histoire qui remonte à 4000 ans, jusqu'à l'Égypte ancienne. Les enseignants, les étudiants et les scientifiques s'émerveillent devant la démonstration de ce petit jouet de théories complexes et de concepts abstraits en ingénierie, physique, sciences de la terre et même biologie. Moment, inertie, masse, précession gyroscopique, frottement et énergie deviennent clairs en expérimentant avec une toupie.
Lignes directrices pour les projets scientifiques
Un projet scientifique complet comprend une question de recherche, une hypothèse, une procédure, des résultats et une conclusion. Pour commencer, vous devez poser quelques questions, telles que "Comment cela fonctionne-t-il ?" et "Que se passera-t-il si je change une chose et garder les autres conditions les mêmes?" Vous prédisez ensuite les effets des changements, en regardant les conditions et en pensant comme un scientifique. Après avoir expérimenté pour voir différents résultats, vous observez et enregistrez vos résultats.
Couleurs primaires
Un projet scientifique simple sur les couleurs primaires additives attache un graphique à secteurs - avec au moins trois triangles de taille égale en vert, rouge et bleu - à la surface du dessus. (Ceci est différent des couleurs primaires des pigments, qui sont le rouge, le jaune et le bleu.) Lorsque la toupie tourne à sa vitesse la plus rapide, vous voyez un éclat de blanc au lieu de couleurs séparées. Pour un projet scientifique, vous pouvez utiliser les couleurs de l'arc-en-ciel et montrer comment les couleurs se mélangent et le reflet de la lumière qui en provient. En outre, essayer plus de motifs de couleur, de tourbillons en noir et blanc et différents motifs peut répondre à la question: « Est-ce que cela change l'effet sur l'œil humain? »
Masse
Si vous manipulez la masse d'une toupie, vous obtiendrez des résultats différents pour l'élan et la longévité de la rotation de la toupie. Un projet scientifique pourrait ajouter plus de poids au bas du haut ou près du périmètre, en utilisant des matériaux tels que de la pâte à modeler ou des rondelles. Votre projet répondrait à la question « Comment cela affecte-t-il la rotation et pourquoi? »
Si vous mettez la même quantité de poids sur la toupie, mais que vous l'éloignez progressivement du périmètre, vous noterez moins de rotation inertie proche du centre, car l'inertie de rotation dépend non seulement de la masse de la toupie mais aussi de l'emplacement de la Masse. Vous pouvez également explorer l'énergie cinétique et potentielle liée à la friction qui ralentit et finit par s'arrêter.
Ingénierie, physique et technologie
Dans le cadre du programme Upward Bound Math and Science en août 2010, des élèves du secondaire de Georgetown, Delaware, ont utilisé le département des technologies d'ingénierie du Delaware Technical & Community College pour construire la filature la plus efficace Haut. En tant que projet en trois parties, vous pouvez développer les concepts de physique appliquée de poids, centre de gravité et inertie de rotation. Pour construire une toupie, vous expérimenterez plusieurs matériaux - tels que l'aluminium, le carton, l'argile, la mousse, le bois ou même un disque compact - et comparerez l'effet sur la rotation de la toupie. Les étudiants de Upward Bound ont utilisé un programme de conception assistée par ordinateur, ou CAO, pour créer un modèle 3D de leur haut.