ТЕАТР ЗАХОПЛЮЮЧОЇ НАУКИ“ЙОГО ВЕЛИЧНІСТЬ ЕКСПЕРИМЕНТ”

ТЕАТР ЗАХОПЛЮЮЧОЇ НАУКИ “ЙОГО ВЕЛИЧНІСТЬ ЕКСПЕРИМЕНТ”

«Один дослід я ставлю вище, ніж тисячу думок, народжених лише уявою» Михайло Васильович Ломоносов

КОРОТКА АНОТАЦІЯ ЗАНЯТТЯ: Дане заняття проводиться як узагальнююче після вивчення тем по фізиці та інформатиці: «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника» і по інформатиці: «Використання табличного процесора EXCEL для обробки даних лабораторних робіт». Заняття є інтегрованим, у зв'язку з чим наочно представлений зв'язок між двома навчальними предметами: фізикою і інформатикою. Впродовж всього заняття вихованці поетапно будують інформаційну модель експеримента. На занятті діти виконують дослідницько-експериментальну роботу двома способами: за допомогою лабораторного устаткування; комп'ютерного практикуму в програмі Microsoft Excel.

КОМП’ЮТЕРНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ В НАУЦІ ТА ТЕХНІЦІ У сучасній науці та техніці з’являється все більше галузей, у яких можна та доцільно розв’язувати задачі методом обчислювального експерименту. Перерахуємо лише деякі з них.

ЕНЕРГЕТИЧНА ПРОБЛЕМА Прогнозування атомних та термоядерних реакторів на основі детального математичного моделювання фізичних процесів, що відбуваються в них.

КОСМІЧНА ТЕХНІКА Розрахунок траєкторій літальних апаратів, задачі обтікання, системи автоматичного проектування, обробка радіолокаційних даних, зображень із супутника.

ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ Виготовлення кристалів та плівок, які потрібні для виготовлення обчислювальної техніки, для розв’язання проблем в галузі елементної бази (що неможливо без математичного моделювання), технологія створення матеріалів із заданими властивостями.

ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ Питання прогнозування та управління екологічними системами можуть розв’язуватись лише на основі математичного моделювання, оскільки ці системи існують в єдиному екземплярі.

ГЕОФІЗИЧНІ ТА АСТРОФІЗИЧНІ ЯВИЩА Моделювання клімату, довгостроковий прогноз погоди, землетрусів та цунамі, моделювання еволюції зірок і сонячної активності, фундаментальні проблеми походження та розвитку Всесвіту.

ХІМІЯ Розрахунок хімічних реакцій, дослідження хімічних процесів на мікро- та макрорівнях для інтенсифікації хімічних технологій.

БІОЛОГІЯ Методи математичного моделювання використовуються при дослідженні фундаментальних проблем цієї науки, зокрема генетики та біоінженерії, та при розробці нових методів біотехнологій.

МОДЕЛЮВАННЯ ФІЗИЧНОГО ПРОЦЕСУ Класичною галуззю математичного моделювання є фізика. До недавніх часів у фізиці мікросвіту обчислюваний експеримент не застосовувався, але згодом фізики-теоретики прийшли до висновку, що процеси у мікросвіті є нелінійними, тому для їх дослідження необхідно використовувати чисельні методи і сучасні комп’ютерні технології.

Глибокий аналіз та комплексне дослідження процесів неможливі без їх моделювання, зокрема, комп’ютерного. Таке моделювання дає змогу простежити перебіг подій у складних системах, визначити оптимальну структуру таких систем. Застосування сучасних комп’ютерних технологій та відповідного програмного забезпечення значно прискорює експеримент і підвищує його якість.

ЦИКЛИ ЕКСПЕРИМЕНТУ: 1. Визначають цілі моделювання, аналізують досліджуваний об’єкт, будують його модель. 2. Розробка алгоритму розв’язування задачі. 3. Реалізація розробленого алгоритму на комп’ютері засобами прикладних програм або мовою програмування. 4. Етап присвячують проведенню обчислень на комп’ютері. Результатом розрахунків є деякі числові дані, які перевіряються для визначення достовірності математичної моделі. 5. Етап прогнозу, передбачення поведінки досліджуваного об’єкту, процесу або явища за допомогою комп’ютерної моделі. 6. Обробка результатів обчислень, проведення їх всебічного аналізу, висновки.

Лабораторна робота “Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника”

МЕТА ТА ЦІЛІ ЕКСПЕРИМЕНТУ: дослідити залежність електричного опору провідника від: - довжини провідника; - площі його поперечного перерізу; - матеріалу.

Електричний опір - фізична величина, що характеризує протидію, яку чинить провідник на проходження електричного струму. Вимірюється електричний опір в омах, R= [Ом]. Опір можна розрахувати, виходячи з закону Ома: звідки значення опору дорівнюватиме: .

РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ Величина електричного опору залежить від речовини, з якої виготовлений провідник. Опір провідника прямо пропорційний його довжині. Опір провідника обернено пропорційний площі його поперечного перерізу: R = ρ де ρ – питомий опір провідника.

Питомий опір речовини — це фізична величина, яка характеризує електричні властивості даної речовини й чисельно дорівнює опору виготовленого з неї провідника завдовжки 1 м і площею поперечного перерізу 1м2. Одиниця питомого опору в СІ — ом-метр (Ом м). На практиці здебільшого мають справу з провідниками, площі поперечних перерізів яких досить малі. = або = в СІ.

Проаналізуємо таблицю, в якій наведено значення питомого опору деяких матеріалів. Питомий опір Матеріал срібло 1,59 x 10-8 мідь 1,7 x 10-8 золото 2,44 x 10-8 алюміній 2,82 x 10-8 залізо 10 x 10-8 платина 11 x 10-8 олово 22 x 10-8 графіт 3,5 x 10-5 германій 0,46 кремній 640 скло 1010 — 1014 гума порядку 1013 сірка 1015 порцеляна 1019 ебоніт 1018-1020

На тому факті, що опір провідника прямо пропорційний його довжині, базується принцип дії реостата. Реостат — це пристрій зі змінним опором, призначений для регулювання сили струму в ділянці електричного кола.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА