Prawo Hooke'a

Zagadnienia

• Sprężyny
• Siła
• Energia potencjalna
• Prawo Hooke'a
• Wektory
• Stała sprężystości

Opis

Rozciągaj i ściskaj sprężyny żeby zbadać zależności pomiędzy siłą, stałą sprężystości, przemieszczeniem i energią potencjalną! Zbadaj, co dzieje się, gdy dwie sprężyny są połączone szeregowo oraz równolegle.

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, sierpień 2023)

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

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Wyjaśnij zależności pomiędzy siłą przyłożoną, siłą sprężystości, stałą sprężystości, przemieszczeniem i energią potencjalną.
• Opisz, jak połączenie dwóch sprężyn szeregowo lub równolegle wpływa na efektywną stałą sprężystości i siły sprężystości.
• Przewiduj, jak zmienia się energia potencjalna zmagazynowana w sprężynie wraz ze zmianą stałej sprężystości i przemieszczenia.

Przykładowe materiały teoretyczne

• O czym mówi współczynnik sprężystości i jaka jest jego jednostka? (ZPE)
• Odkształcenia sprężyste i niesprężyste. (ZPE)
• Jak obliczyć energię potencjalną sprężystości? (ZPE)
• Energia potencjalna sprężystości (ZPE)
• Naprężenie, odkształcenie i moduł sprężystości (OpenStax)
• Co nam mówi prawo Hooke'a? (Khan Academy)
• Prawo Hooke’a (Wikipedia)

Sterowanie symulacją

Ekran Wstęp (link bezpośredni)

Badanie zależności między przyłożoną siłą, siłą sprężystości, przemieszczeniem i położeniem równowagi.

Ekran Układy (link bezpośredni)

Zbadaj, jak zmienia się przyłożona siła, siła sprężystości i efektywna stała sprężystości, gdy dwie sprężyny są połączone szeregowo lub równolegle.

Ekran Energia (link bezpośredni)

Sprawdź, jak przyłożona siła, przemieszczenie i stała sprężystości wpływają na energię potencjalną zmagazynowaną w sprężynie.

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 Prawo Hooke'a chcesz uwzględnić tylko pierwszy i drugi ekran (screens=1,2), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/hookes-law_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/hookes-law_all.html?locale=pl&screens=1,2&initialScreen=2

Parametr query i opis	Przykładowe linki
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=2,1 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):

Uproszczenia modelu

• Grubość sprężyny jest używana do wskazania współczynnika sprężystości. Sprężyny na ekranie Układy mają mniej zwojów ze względu na ograniczenia przestrzenne (co zmniejszyłoby współczynnik sprężystości). Aby zachować spójność, sprężyny o takich samych współczynnikach sprężystości mają taką samą grubość, niezależnie od liczby zwojów.

• Uchwyt zostanie zwolniony, gdy przyłożona siła (lub przemieszczenie) zostanie ustawiona na zero. Jednak zacisk pozostaje zamknięty podczas przeciągania przez położenie równowagi.
• Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

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

• Wyjaśnij, w jaki sposób siła z jaką działa sprężyna i przyłożona siła zewnętrzna są ze sobą powiązane.
• Przewiduj, co stanie się z przemieszczeniem, gdy współczynnik sprężystości zostanie podwojony, a przyłożona siła nie ulegnie zmianie.
• Porównaj i skontrastuj składowe siły sprężyny dla układu szeregowego i równoległego.
• Wyjaśnij, w jaki sposób współczynnik sprężystości wpływa na kształt wykresów energii i siły.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Prawo Hooke'a tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).