Fale na linie

Zagadnienia

• Fale
• Częstotliwość
• Amplituda
• Tłumienie

Opis

Symulacja Fale na linie pozwala uczniom tworzyć własne fale i badać pojęcia związane z falami, takie jak amplituda, częstotliwość, tłumienie, naprężenie, prędkość, odbicie i interferencja.

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

• Omów właściwości fal, używając powszechnie używanego słownictwa.
• Przewiduj zachowanie fal w różnych ośrodkach i odbijających punktach końcowych.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Fale mechaniczne (Open AGH)
• Klasyfikacja fal (ZPE)
• Powstawanie fal w ośrodkach materialnych. Fale harmoniczne i wielkości je opisujące: amplituda, okres, częstotliwość, prędkość i długość fali (ZPE)

Sterowanie symulacją

Oglądaj w zwolnionym tempie falującą linkę. Poruszaj końcem liny żeby wytworzyć falę, lub dostosuj częstotliwość i amplitudę oscylatora. Regulacja tłumienia i naciągu. Koniec liny może być zamocowany, luźny lub swobodny.

Ekran symulacji

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 Fale na linie chcesz uruchomić symulację w języku hiszpańskim (locale=es), z wyłączonymi linkami zewnętrznymi (allowLinks=false), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/wave-on-a-string_all.html?locale=es&allowLinks=false

Parametr query i opis	Przykłady
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

• Niektórzy uczniowie borykają się z tłumieniem, które przypomina opór wewnętrzny. Być może niektórzy z nich chcieliby zrozumieć więcej i mogliby skorzystać z symulacji Ciężarki na sprężynach.
• Ta symulacja może być pomocna dla uczniów jako wprowadzenie do trudniejszych pojęć, takich jak dźwięk, fale sejsmiczne lub światło.

Uproszczenia modelu

• Fale są modelowane jako lina na podłożu oscylująca z boku na bok przy braku efektów grawitacyjnych i tarcia zewnętrznego.
• Lina jest modelowana jako ciąg cząstek i może wydawać się rozczłonkowana w ekstremalnych warunkach, ponieważ przyrosty przetwarzania nie są nieskończenie małe.
• Naprężenie linki nie ma żadnej konkretnej wartości w modelu, ponieważ efekt naprężenia uzyskuje się poprzez zmianę kroku czasowego używanego do animacji fali. Suwak naprężenia nie zachowuje się liniowo - operuje na potęgach dwójki (duże jest 4x większe niż małe). Zależność funkcyjną między naprężeniem a prędkością fali można jakościowo zaobserwować, jeśli naprężenie ma umowne jednostki w rosnących potęgach dwóch (np. 2, 4, 8 lub 64, 128, 256).

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

• Przewiduj kształt fali odbitej od stałego lub swobodnego końca liny.
• Opracuj metodę wyznaczania prędkości fali.
• Zaprojektuj doświadczenie, aby znaleźć związek między prędkością fali, długością fali i częstotliwością.
• Zmierz prędkość fali przy różnych poziomach naprężenia liny, aby określić zależność między prędkością fali a naprężeniem.
• Przewiduj, w jaki sposób dwie fale będą ze sobą interferować.
• Jaki wpływ na falę ma tłumienie?

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