Mój Układ Słoneczny

Zagadnienia

• Astronomia
• Orbity
• Siła grawitacyjna

Opis

Zbuduj swój własny układ ciał niebieskich i obserwuj balet grawitacyjny. Za pomocą tego symulatora orbit możesz ustawić położenia początkowe, prędkości i masy 2, 3 lub 4 ciał, a następnie zobaczyć co z tego wyniknie.

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 (López i Rouinfar, maj 2023)

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

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Przewiduj, jak położenie, masa, prędkość i odległość między ciałami niebieskimi wpływają na ich ruch i orbity.
• Zilustruj, jak siła grawitacji określa ruchy planet.
• Zbadaj różne ruchy, które mogą dotyczyć grupy ciał niebieskich.
• Opisz zachowanie prędkości planety w różnych momentach na orbicie.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Czy siła grawitacji jest siłą dośrodkową? (ZPE)
• Jaki jakościowy wpływ ma siła grawitacji Słońca na niejednostajny ruch planet po orbitach eliptycznych? (ZPE)
• Ruch planet na sferze niebieskiej (ZPE)
• Trzy prawa Keplera (ZPE)
• Siła dośrodkowa i grawitacja (Khan Academy)
• Grawitacja (OpenStax)

Sterowanie symulacją

Ekran Wstęp (link bezpośredni)

Poznaj i przeanalizuj różne trajektorie, które można uzyskać dla dwóch ciał, modyfikując ich położenie, masę i prędkość.

Ekran Lab (link bezpośredni)

Wybierz i zbadaj jeden z jedenastu dostępnych układów obiektów planetarnych. Analizuj położenie, prędkość, siłę grawitacji i trajektorię do czterech ciał jednocześnie.

Złożone sterowanie

Wprowadzanie danych

• Uczniowie mogą modyfikować wartości masy, prędkości lub położenia, klikając/dotykając odczyt.
• Wpisz żądaną wartość za pomocą klawiatury lub użyj klawiatury wyświetlanej na ekranie.
• Dozwolony zakres jest wyświetlany w górnej części klawiatury. Zakres dla danej pozycji odpowiada domyślnemu poziomowi powiększenia. W zależności od poziomu powiększenia, podczas wprowadzania danych z klawiatury może nie być pełnego dostępu do całego obszaru roboczego i może być konieczne ręczne przesuwanie ciał. Po powiększeniu możliwe jest umieszczenie ciał poza widocznym obszarem i może być konieczne pomniejszenie, aby je zobaczyć.

Przyciski przywracania ciał i przewijania do tyłu

• Przyciski Przywróć ciała i Przewiń do tyłu mają tę samą logikę.
• Za każdym razem, gdy ciała lub wektory prędkości są przeciągane lub modyfikowane w oknach odczytu, zapisywany jest nowy stan. Ten stan można przywrócić za pomocą przycisku przewijania do tyłu.

• Przycisk Przywróć ciała pojawia się, gdy ciało ucieknie z ekranu lub nastąpi naturalne zderzenie.
• Jeśli ciało zostanie zniszczone lub ucieknie, symulacja nie będzie już zapisywać nowych stanów. Przyciski przywrócą wtedy ciałom ich ostatnie wartości wprowadzone przez użytkownika przed zniszczeniem lub ucieczką ciała..

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 Mój Układ Słoneczny chcesz uwzględnić tylko drugi ekran (screens=2) i wyłączyć przesuwanie i powiększanie (supportsPanAndZoom=false), użyj: https://www.edukator.pl/simulations/my-solar-system_all.html?screens=2&supportsPanAndZoom=false

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/simulations/my-solar-system_all.html?locale=pl&screens=2&supportsPanAndZoom=false

Wskazuje, że dostęp do tego dostosowania można uzyskać też z menu Preferencje lub Opcje... w symulacji.

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=1
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)
audio - jeśli muted, dźwięk jest domyślnie wyciszony. Jeśli disabled, cały dźwięk jest trwale wyłączony.	audio=muted audio=disabled
colorProfile - zmienia kolory symulacji dla łatwiejszej projekcji. Pole wyboru dostępne także w menu PhET w obszarze Opcje > Tryb projektora.	colorProfile=projector
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy false, uniemożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki. Domyślnie jest true.	supportsPanAndZoom=false

Menu Preferencje

Po kliknięciu ikony menu Preferencje otworzy się okno, w którym możemy zaznaczyć żądane opcje:

• W sekcji Wizualne możemy zaznaczyć Interaktywne wyróżnienia wizualnie akcentujące interakcje, orazTryb projektora, aby ułatwić projekcję. Następuje wtedy odwrócenie kolorów, tak jak na zrzucie ekranu poniżej:








• W sekcji Audio można włączyć/wyłączyć efekty dźwiękowe.





• Gdy adres URL symulacji kończy się na "_all.html", dodatkowo pojawia się sekcja Lokalizacja, w której możemy dokonać wyboru języka:

Ułatwienia dostępu

Sterowanie za pomocą klawiatury - skróty klawiszowe

Generalnie sterujemy symulacją za pomocą myszy lub dotyku. Alternatywnie uczniowie mogą też nawigować i sterować elementami interaktywnymi za pomocą klawiatury. Po kliknięciu otworzy się okno z listą obsługiwanych skrótów.

Przy aktywnym ekranie Wstęp:

Przy aktywnym ekranie Lab:

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):

Dźwięk i sonifikacja

• Różne tony dla każdego ciała planetarnego różnią się głośnością w zależności od ich przyspieszenia.
• Dźwięki odwzorowujące przyspieszenie nie są odtwarzane dla ciał planetarnych zawierających środek masy układu.
• Więcej przydatnych wskazówek na temat tego, jak koncepcje i dźwięk są zintegrowane w tej symulacji, można znaleźć w filmie Funkcje dźwiękowe. Więcej szczegółów na temat wszystkich dźwięków w tej symulacji można znaleźć w opublikowanej dokumentacji Sound Design (en).

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Uczniowie naturalnie chcą budować stabilne układy. Zachęć ich do znalezienia jak największej ich liczby.
• W celu ilościowej analizy zmian prędkości i położenia na trajektoriach, uczniowie mogą chcieć spowolnić lub zatrzymać ruch ciał w określonej pozycji. Aby poprawić dokładność, użyj opcji Wolno (1) oraz Pauza i Krok do przodu (2) w celu stopniowej analizy. (Należy pamiętać, że rozmiar kroku jest najmniejszy po wybraniu opcji Wolno).

Uproszczenia modelu

• Wiele przykładów z Mój Układ Słoneczny (takich jak układ Ziemia-Słońce) nie może zostać odtworzonych w symulacji ze względu na ograniczenia zakresu mas. Uczniowie mogą budować różne układy o masach od 1 masy Jowisza do 1,5 masy Słońca, co pozwala na zbudowanie wystarczającej liczby przypadków, aby zrozumieć ruchy planet i interakcje.
• Na ekranie Lab wstępnie ustawione układy mogą nie utrzymywać swoich trajektorii przez dłuższy czas i ostatecznie mogą ulec awarii. Trudno jest zaprogramować model, który zachowuje stabilność układu złożonego z wielu ciał.
• Niektóre z najmniejszych obiektów w predefiniowanych układach mają masę poniżej dozwolonego zakresu (wyświetlanego jako ≤ 0,1). Tak małe masy były wymagane do uzyskania pożądanej dynamiki orbitalnej ustawienia wstępnego.
• Oryginalna wersja Flash My Solar System nie posiadała jednostek. Ta wersja symulacji HTML5 ma takie samo zachowanie makro jak wersja Flash, ale liczby zmiennych zostały przeskalowane w celu dostosowania używanych jednostek. Więcej informacji na temat skalowania i jednostek można znaleźć w opisie modelu.
• Podczas zderzenia mniejsze ciało zniknie i przeniesie cały swój pęd na większe ciało. W ten sposób pęd jest zachowywany, choć w nierealistyczny sposób. Zderzenia w tej skali są złożone, a modelowanie dokładniejszych zachowań kolizji, takich jak reakumulacja grawitacyjna, nie było tu celem. W przypadku celów edukacyjnych związanych ze zderzeniami zalecamy skorzystanie ze Zderzenia Lab.
• 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

• Określ wszystkie zmienne wpływające na ruch ciał.
• Zbuduj układ z eliptycznymi orbitami.
• Wyjaśnij znaczenie pojęć środek masy i podążanie za środkiem masy.
• Przeanalizuj zmianę siły grawitacji podczas ruchu ciał i opisz, jak wpływa ona na prędkość.

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

Symulacje zbliżone tematycznie