Równia pochyła

Zagadnienia

• Siła
• Energia
• Praca

Opis

Symulacja Równia pochyła została zaprojektowana, aby pomóc uczniom zwizualizować, siły działające na równi. Zbadaj siły i ruch, pchając przedmioty gospodarstwa domowego w górę i w dół równi. Opuść i podnieś równię, aby zobaczyć, jak kąt nachylenia wpływa na składowe równoległe sił. Wykresy pokażą wartości sił, energię i pracę.

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

Ta symulacja Java jest uruchamiana (może to chwilę potrwać) w przeglądarce internetowej za pośrednictwem technologii o nazwie CheerpJ - nie wymaga instalowania żadnego dodatkowego oprogramowania. W stosunku do wersji offline jest nieco pogorszona jakość graficzna i okno aplikacji nie skaluje się.

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Loeblein, Podolefsky, czerwiec 2011)

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

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Wyjaśnij ruch ciała na równi pochyłej, rysując rozkład sił.
• Oblicz wypadkową siłę działającą na obiekt na równi.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Pierwsza zasada dynamiki Newtona. Bezwładność ciał (ZPE)
• Trzecia zasada dynamiki Newtona – wzajemne oddziaływanie ciał (ZPE)
• Podsumowanie wiadomości z dynamiki (ZPE)
• Siła jako miara oddziaływań. Równowaga sił. Siła wypadkowa. Wyznaczanie siły wypadkowej (ZPE)
• Wpływ oporów ruchu na poruszające się ciała (ZPE)
• Klasyfikujemy opory ruchu (ZPE)
• Badanie zależności siły tarcia od rodzaju powierzchni stykających się ciał (ZPE)
• Demonstracja różnicy pomiędzy siłą tarcia statycznego i kinetycznego (ZPE)
• Ruch ciała na równi pochyłej z uwzględnieniem tarcia (ZPE)
• Siły i prawa dynamiki Newtona (Khan Academy)
• Zasady dynamiki Newtona (OpenStax)

Sterowanie symulacją

Ekran Wstęp

Zbadaj różnicę między siłami zrównoważonymi i niezrównoważonymi i przeanalizuj ich wpływ na ruch. Zbadaj związek pomiędzy działającymi siłami, energią i pracą.

Ekran Więcej możliwości

Analizuj związek sił działających na równi pochyłej z pracą i różnymi rodzajami energii ciała poruszającego się po równi.

Złożone sterowanie

• Nagrywanie uruchamia się automatycznie po przyłożeniu jakiejkolwiek siły zewnętrznej (przez przeciągnięcie obiektu lub wektora siły na diagramie sił) - siła ta jest chwilowa, tzn. po zwolnieniu uchwytu wraca do zera. Jeżeli wartość siły ustalimy wpisując ją w pole tekstowe, siła stała zaczyna działać i jednocześnie włącza się nagrywanie dopiero po wciśnięciu przycisku Rozpocznij.
• Użyj kontrolek na dole, aby wstrzymać, wykonać krok lub nagrać i odtworzyć ruch.
• Pionowy pasek na wykresie można uchwycić i przeciągać w trybie odtwarzania. Przydatne to jest przy analizie powiązania ruchu obiektu z wykresami.

Ułatwienia dostępu

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.

Darmową wersję desktopową tej aplikacji (plik .jar) pobierzemy bezpośrednio klikając tu lub ze strony PhET (klikając tytuł lub ikony przy wybranej wersji językowej):

A następnie wybierając odpowiednią opcję:

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Niektórzy uczniowie mogą próbować wprowadzać zmiany w trybie odtwarzania. Należy najpierw wyczyścić wykresy lub zresetować symulację.

Uproszczenia / założenia modelu

• Energia cieplna - powierzchnia nagrzeje się z powodu pracy wykonanej przez tarcie. Współczynniki tarcia nie zmieniają się, gdy powierzchnia się nagrzewa.
• Popychacz ma pomóc uczniom zrozumieć, w jaki sposób przykładana jest siła. Wraz ze wzrostem przyłożonej siły popychacz pochyla się do przodu.

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

• W prawym dolnym rogu znajduje się przycisk rozkład sił. Włącz go. Baw się stroną, aż stworzysz sytuację, w której na diagramie znajduje się 5 różnokolorowych strzałek. Napisz etykietę każdej strzałki i opisz wektor jakiej siły ona reprezentuje.
• Wyjaśnij, co dzieje się z energią cieplną, gdy zwiększasz współczynnik tarcia (suwak znajdziesz na karcie Więcej możliwości).
• Dlaczego energia kinetyczna zawsze wynosi zero, gdy obiekt spoczywa? Kiedy energia kinetyczna jest liczbą dodatnią? (Odtwórz symulację ponownie i po prostu obserwuj wartości.
• Od czego zależy energia potencjalna? Jak można ją zwiększyć?
• Zaznacz opcję Bez tarcia i wpraw ciało w ruch działając siłą chwilową. Jak mają się się do siebie wykresy energii kinetycznej i energii potencjalnej po ustaniu działania siły zewnętrznej?

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

Symulacje zbliżone tematycznie