СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ИНТЕРАКТИВНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СВОБОДНЫХ, ЗАТУХАЮЩИХ И ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКОВ

Физико-математические науки

• Девяткин Евгений Михайлович

• УСТАНОВКА  
• ВИРТУАЛЬНАЯ  
• ЛАБОРАТОРИЯ  
• МАЯТНИК  
• КОЛЕБАНИЯ  
• ЭКСПЕРИМЕНТ

Похожие материалы

• ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАТОПЛЕННЫХ СТРУЙ
• КОМПЛЕКС ВИРТУАЛЬНЫХ ИНТЕРАКТИВНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ИМПУЛЬСА В МЕХАНИКЕ
• СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ИНТЕРАКТИВНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВОК ПО ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ
• ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРА ЭКОНОМИКИ И МЕНЕДЖМЕНТА
• СРЕДСТВА СТОХАСТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ОБУЧАЮЩИХСЯ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В настоящее время перехода высшего профессионального образования на компетентностно-ориентированное обучение актуально разрабатывать методическое обеспечение учебного процесса, отвечающее требования формирования профессиональных компетенций студента. Информатизация образования предполагает разработку электронных учебных пособий, работа с которыми способствует формированию компетенций самостоятельной познавательной деятельности [1, 2].

Изучение курса физики невозможно без рассмотрения демонстраций и выполнения лабораторных работ, однако ряд физических явлений традиционным образом показать невозможно по ряду причин. В этом случае на помощь могут придти нетрадиционные методы, к которым относятся мультимедийные модели физических явлений и процессов [3]. Компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов, воспроизводить те детали протекающего процесса, которые часто ускользают от наблюдателя при наблюдении реального эксперимента [4, 5].

Природа колебаний и волн является разнообразной. Различают механические и электромагнитные колебания и волны. Но подход к изучению различных видов колебаний и волн является одинаковым, так как они описываются уравнениями одинакового вида. В качестве примера рассмотрим затухающие и вынужденные колебания, возникающие в механической системе. В реальных колебательных системах происходит диссипация энергии из-за действия силы трения. Если потери энергии не будут компенсироваться за счет внешних устройств, то колебания с течением времени будут затухать и через какое-то время прекратятся вообще. Одним из распространенных способов поддержания незатухающих колебаний является непрерывное воздействие на колеблющуюся систему периодической силы (вынуждающей силы).

Этапы разработки мультимедийных интерактивных установок: изучение существующих реальных лабораторных установок по разделу курса физики «Колебания и волны»; определение существенных характеристик моделей, присутствие которых в виртуальной установке должно быть строго обязательным; составление математических моделей физических установок, определение переменных, отвечающих за характеристики модели; создание объектов интерактивных виртуальных лабораторных установок, разработка дизайна средствами компьютерной графики; создание динамической визуализации демонстраций, используя полученные результаты и язык программирования Action Script 2.0; разработка эргономичного, комфортного интерфейса пользователя [6].

Используя имеющееся в литературе аналитические решения уравнений колебаний, были созданы виртуальные интерактивные модели затухающих колебаний на основе математического маятника (рис. 1), пружинного маятника (рис. 2), крутильных колебаний (рис. 3) и вынужденных колебаний на основе пружинного маятника (рис. 4) и более десяти других.

Интерактивная установка «Математический маятник (затухающие колебания)» предназначена для изучения колебаний математического маятника, на который действует диссипативная сила трения. Установка предназначена для определения коэффициента затухания и добротности колебательной системы. В работе имеется возможность изменения коэффициента сопротивления среды и длины математического маятника.

Интерактивная установка «Пружинный маятник. Затухающие колебания» (рис. 2) предназначена для изучения колебаний пружинного маятника на который действует сила трения. Установка предназначена для определения коэффициента затухания и добротности колебательной системы. В работе имеется возможность изменения коэффициента сопротивления среды, массы груза и коэффициента жесткости.

Интерактивная установка «Изучение свободных и затухающих крутильных колебаний» (рис. 3) предназначена для изучения колебаний крутильного маятника на который действует сила трения. Установка предназначена для определения коэффициента затухания и добротности колебательной системы. В работе имеется возможность изменения коэффициента сопротивления среды.

Интерактивная установка «Пружинный маятник (вынужденные колебания)» (рис. 4) предназначена для изучения вынужденных колебаний и изучения понятия резонанса в колебательной системе. Установка предназначена для исследования свободных затухающих и вынужденных незатухающих колебаний пружинного маятника и явления резонанса. В работе имеется возможность изменения коэффициента сопротивления среды, частоты вынуждающей силы, массы груза и коэффициента жесткости пружины.

Созданные виртуальные интерактивные установки могут использоваться как при самостоятельном дистанционном изучении соответствующего раздела физики, так и на занятии под руководством преподавателя при изучении материала. Известно, что самостоятельная работа студентов способствует более эффективному овладению материалом, стимулирует познавательные и профессиональные интересы, развивает творческую активность и инициативу, способствует росту мотивации обучения.

Список литературы

1. Краснова Г.А., Беляев А.В., Соловов А.В. Технологии создания электронных средств / Г.А.Краснова, М. И. Беляев, А. В. Соловов. – М.: МГИУ, 2001. – 224 с.
2. Хамзин И. Р., Хасанова С. Л. Электронные интерактивные ресурсы – необходимый компонент образования. // Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции «Проблемы теории и практики современной науки. — РИО ООО «Наука и образование». — 2015. — С. 129-130.
3. Красильников И.В. Информационные аспекты разработки и применения в ВУЗе электронных учебных пособий. Монография. М.: РХТУ, 2007. – 114 с.
4. Девяткин Е.М., Хасанова С.Л., Чиганова Н.В. Комплекс электрон-ных лабораторных установок по общей физике // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 4.; URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=24956
5. Чиганова Н.В., Хасанова С.Л., Девяткин Е.М. Технологии разработки электронно-образовательных // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 10-1. – С. 108-113; URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=36287
6. Гурский Д. Action Script 2.0: программирование во Flash MX 2004. Для профессионалов. – СПб.: Питер, 2004. – 1088 с.