Równowaga

Zagadnienia

• Równowaga
• Moment obrotowy
• Ramię siły
• Równowaga obrotowa

Opis

Pobaw się różnymi przedmiotami na bujającej się huśtawce, aby poznać warunki równowagi. Sprawdź się, próbując gry Zrównoważony.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Rouinfar & Paul wrzesień 2016)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa, Szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Przewiduj, w jaki sposób można wykorzystać przedmioty o różnych masach do zrównoważenia belki.
• Przewiduj, jak zmiana położenia ciężarków na belce wpłynie na jej ruch.
• Napisz zasady przewidywania, w którą stronę przechyli się belka, gdy zostaną na niej umieszczone przedmioty.
• Użyj swoich zasad, aby rozwiązać zagadki dotyczące równowagi.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Dźwignia (Wikipedia)
• Maszyny proste. Wyznaczanie masy ciała przy użyciu dźwigni dwustronnej (Zintegrowana platforma edukacyjna)
• Jak działa dźwignia dwustronna? (pdf Zintegrowana platforma edukacyjna)

Sterowanie symulacją

Ekran Wprowadzenie (link bezpośredni)

Baw się przedmiotami na huśtawce, aby dowiedzieć się jakie są warunki równowagi.

Ekran Laboratorium równowagi (link bezpośredni)

Dowiedz się, jak zrównoważyć deskę za pomocą różnych przedmiotów i określ masę tajemniczych obiektów.

Ekran Gra (link bezpośredni)

Rozwiązuj zagadki dotyczące równowagi - dodaj obiekt, aby zrównoważyć deskę, przewiduj kierunek ruchu deski po usunięciu podpór lub określ masę nieznanego obiektu. Wraz ze wzrostem poziomu wyzwania stają się coraz trudniejsze.

W grze użytkownik ma za zadanie zrównoważyć jedną lub więcej mas poprzez umieszczenie przeciwwagi po drugiej stronie lub wydedukować masę nieznanego obiektu. Na niższych poziomach gry proporcje mas są stosunkowo proste, na przykład 1:1, 1:2 lub 2:1. Przykładowo, w danym ćwiczeniu po lewej stronie może znajdować się ciężarek o masie 10 kg, a użytkownik musi umieścić ciężarek o masie 5 kg w odpowiednim miejscu po prawej stronie deski. W tym przypadku masa 5 kg musiałaby znajdować się dwa razy dalej od punktu obrotu niż masa 10 kg.
Na wyższych poziomach gry stosowane są trudniejsze proporcje, takie jak 1:3, 2:3 itd.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Równowaga chcesz uwzględnić tylko pierwszy i drugi ekran (screens=1,2), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/balancing-act_all.html?screens=1,2&initialScreen=2

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/balancing-act_all.html?locale=pl&screens=1,2&initialScreen=2

Parametr query i opis	Przykłady
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.	screens=1,2 screens=3
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.	initialScreen=1 initialScreen=2
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false

Ułatwienia dostępu

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Uczniowie mają tendencję do umieszczania wielu obiektów na desce. Ekran wprowadzający został dodany w celu uproszczenia badania. Pomocne może być przeprowadzenie dyskusji na temat tego, w jaki sposób położenie ciężkiego obiektu może być wykorzystane do zrównoważenia lekkiego.
• Gry są zaprojektowane tak, aby pomóc uczniom w rozwijaniu umiejętności, niektórzy uczniowie wracają do pierwszego ekranu, aby sprawdzić swoje pomysły i wydaje się to pomocne.

Uproszczenia modelu

• Punkt obrotu jest nieco przesunięty w pionie od środka masy deski. Zostało to zrobione tak, że jeśli deska znajduje się w niezrównoważonej sytuacji (po lewej), a następnie uczeń zeruje całkowity moment obrotowy (po prawej), deska zostanie wypoziomowana. W sytuacji wyśrodkowanego punktu obrotu zerowy moment obrotowy nie spowodowałby ruchu.
• Masa obiektu jest traktowana jako punktowa i znajduje się na desce; biała linia poniżej obiektu wskazuje lokalizację.
• Tajemnicze Obiekty mają różną masę, która nie jest związana z rozmiarem. Powstrzymaliśmy się od publikowania mas na prośbę nauczycieli.
• Wektory sił ciężkości są pokazane jako przyłożone do podstawy obiektów, a nie od środka masy, aby ułatwić początkującym uczniom budowanie własnych pomysłów.

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Zrównoważ dwa obiekty o nierównych masach.
• Przewiduj, jak dodanie obiektu (lub zmiana jego położenia) wpłynie na ruch deski.
• Zaprojektuj doświadczenie, aby określić masę tajemniczego obiektu.
• Opracuj ogólną zasadę pozwalającą określić, w jaki sposób deska będzie się przechylać.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Równowagi tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).