HOME   CONTACT
             

                Grzegorz Osiński

                         Personal Page

Research
Didactics
 

Programy symulacyjne

Applety Java

Zasoby sieciowe

Sieciowe projekty edukacyjne

Przetwarzanie rozproszone

Programy symulacyjne

Fale

Oprócz gotowych apletów napisanych w Javie, możemy również korzystać na lekcji z gotowych aplikacji, w których sami przeprowadzimy odpowiednią symulację.

 Programy takie możemy znaleźć w sieci internet, jedyny problem to ich instalacja na szkolnym komputerze i zapoznanie się z instrukcją. Jako przykład posłuży nam program Waves, autorstwa Macieja Matyki, który można znaleźć na stronie http://panoramix.ift.uni.wroc.pl/~maq, pozwala on na obserwację zjawiska interferencji fal na wodzie. Sami musimy zdefiniować wielkość, położenie i ilość przeszkód oraz szczelin ustawionych na drodze rozchodzenia się fali, wybrać kąt i odległość z jakiej chcemy oglądać  zjawisko, oraz określić szatę graficzną symulacji. Program ma tę istotną zaletę, iż sami możemy budować system przeszkód i szczelin, i w ten sposób obserwować jak zmienia się obraz interferencyjny. Program ten uwzględnia również nakładanie się fal odbitych od brzegów naczynia oraz istnieje możliwość modyfikowania amplitudy  i miejsca położenia źródła fal.

 

Symulacje w programie  Modellus

Niewątpliwie najbardziej uniwersalnym programem przystosowanym do tworzenia i

wykorzystywania gotowych symulacji jest Modellus. W dniu dzisiejszym jest już dostępna

komercyjna wersja 2.5,  ale niewiele gorsza  jest darmowa, poprzednia

pełna wersja 2.01 dostępna na stronie: http://phoenix.sce.fct.unl.pt/modellus/.

Program Modellus został stworzony w College of Sciences and Technology

New University of Lisbon w roku 1997. Obecnie jest używany w kształceniu młodzieży na

wszystkich poziomach nauczania w zakresie nauk przyrodniczych (fizyki, chemii, biologii)

oraz matematyki w wielu krajach europejskich oraz Stanach Zjednoczonych.

Program zyskuje coraz szersze uznanie w ośrodkach uniwersyteckich zajmujących się

 kształceniem nauczycieli jak w samych szkołach, zarówno wśród uczniów jak i nauczycieli.

Struktura programu

 

W oknie głównym programu wykonujemy wszystkie operacje niezbędne do

uruchamiania, udoskonalania, testowania i tworzenia nowych symulacji.

 

1. Okno modelowania matematycznego - w tym oknie wpisujemy równania

 opisujące zachowanie zjawiska, jakie chcemy symulować. Można w nim używać

 wszystkich standardowych znaków operacji matematycznych. 

Zmiennym matematycznym można nadawać dowolne nazwy w postaci łańcuchów

alfanumerycznych tak jak we wszystkich popularnych kompilatorach języków

programowania (Basic, Pascal, Delphi). W celu zapisania poprawnego modelu

 matematycznego potrzebna jest pewna praktyka, jeśli wcześniej użytkownik

 nie miał do czynienia z programowaniem komputerowym powinien dokładnie

przejrzeć załączone przykłady zwracając szczególną uwagę na treści zapisane w

oknie modelowania.

 

2. Kontrola animacji - jest to okno służące do sterowania procesem animacji,

który zazwyczaj towarzyszy utworzonej symulacji.

3. Warunki Początkowe - w tym oknie możemy zapisywać wartości początkowe parametrów

 jakich użyliśmy w naszym modelu matematycznym. Pozwala to na rozpatrzenie różnych

modelowanych sytuacji w zależności o wartości parametrów początkowych, bądź

parametrów używanych do opisywania procesu symulacji.

 

Przykłady symulacji

.

Pliki symulacyjne programu Modellus maja rozszerzenie *.mdl, otwieramy je bezpośrednio

z menu głównego komendami File – Open. Jeśli symulacja wymaga dodatkowych plików,

są nimi często pliki graficzne, muszą one być umieszczone w tym samym katalogu

co plik symulacyjny *.mdl. Gotowa symulacja nie musi się składać z wszystkich rodzajów

okien omówionych powyżej, a nawet jeśli wszystkie one występują to nie musza być aktywne

 w czasie włączania symulacji. Zaleca się nawet ukrywanie niektórych okien tak aby

w początkowej fazie pracy użytkownik mógł skupić się tylko na obsłudze samej animacji.

Dopiero kiedy w pełni przyswoi sobie symulowane zjawisko może on np. przyjrzeć się

konstrukcji modelu matematycznego ( komenda menu głównego Window –Model)

oraz rozpatrzy wartości parametrów początkowych

(komenda menu głównego Window –Initial Condition).  

 Spis dostępnych przykładowych symulacji:            Można je pobrać tutaj.

Plik symulacji

Opis

2keplera.mdl

Symulacja II prawa Keplera.

Atrloren.mdl

Model teoretyczny zachowań atmosfery Ziemskiej oparty na równaniach Lorenza.

Lissajou.mdl

Składanie drgań harmonicznych.

Yoyo.mdl

Zachowanie specyficznego układu kosmicznego, gwiazda podwójna i planeta.

Oscyloskop.mdl

Nauka obsługi oscyloskopu.

Sieckryst.mdl

Symulowanie zachowań atomów w sieci krystalicznej.

Oscylwym.mdl

Badanie oscylatora wymuszanego siłą zewnętrzną.

Planety.mdl

Ruch planet w układzie współrzędnych w róznych układach odniesienia.

Pladun1.mdl

Badanie natężenia pola elektrycznego wokół ładunku punktowego.

Potent.mdl

Badanie wartości potencjału elektrycznego wokół ładunku punktowego.

Pruciecz.mdl

Symulacja 2 prędkości kosmicznej.

Rozpad.mdl

Symulacja rozpadu promieniotwórczego.

Ruchharm.mdl

Badanie ruchu harmonicznego.

Satelita1.mdl

Symulacja ustalania parametrów orbity sztucznego satelity.

Orbit.mdl

Symulacja różnych kształtów orbity.

2body.mdl

Badanie dynamicznego układu dwóch mas.

3body.mdl

Badanie układu trzech ciał.

Game.mdl

Gra polegająca na wykorzystaniu sił grawitacji.

 Aplety  Java

Obszerny portal internetowy autorstwa Sergieja Kiseleva

(Sergey A. Kiselev kiselev@msc.cornell.edu)

zawierający liczne przykłady zastosowania apletów Java

 dla ilustrowania zjawisk fizycznych można

znaleźć pod adresem:

http://www.physics.uoguelph.ca/applets/Intro_physics/kisalev/.

Dobrze opracowane aplety, zarówno pod względem

merytorycznym jak i graficznym zostały, podzielone

 na kilka grup. Możemy tam znaleźć ilustracje zjawisk

 z zakresu optyki, zarówno geometrycznej jak

 i falowej: całkowite wewnętrzne odbicie,

powstawanie obrazu dla soczewski skupiającej

powstawanie obrazu dla soczewki rozpraszającej,

powstawanie obrazu w zwierciadłach sferycznych, oraz

oddziaływanie promieniowania  z atomem,

dyfrakcja na jednej szczelinie, zasada działania lasera.

Zjawiska elektryczne i magnetyczne są przedstawione

w następujących symulacjach: prąd indukcyjny,

obwód dwuelementowy, obwód czteroelementowy,

prawa Kirchoffa dla obwodów  czy 

ruch naładowanej cząstki w polu magnetycznym.

Bardzo interesująca jest grupa apletów opisująca bardziej

skomplikowane procesy, które nie zawsze są

omawiane w ramach programu nauczania ale opisują

niezwykle ważne problemy fizyki współczesnej:

 oscylujący trójwymiarowy kryształ,

model dragań anharmonicznych  

oraz model solitonów Tody.

Interaktywne wykłady ilustrujące różne działy fizyki np: 

zasadę działania lasera czy metodę pompowania

optycznego można znaleźć na stronach

Uniwersytetu Colorado:

http://www.colorado.edu/physics/PhysicsInitiative/Physics2000/index.pl.

Jest to typowy podręcznik internetowy, gdzie znajdziemy

zarówno wstęp do omawianego problemu, jak również

rozbudowany opis zjawiska fizycznego. Na kolejnych

stronach internetowych, krok po kroku jesteśmy

wprowadzani w zagadnienie a dla lepszego zrozumienia

całość jest ilustrowana interaktywnymi symulacjami.

Oprócz zasady działania lasera możemy tam

znaleźć gotowe symulacje wyjaśniające fizyczne

podstawy i zasady działania innych urządzeń:

aparatu do zdjęć rentgenowskich, kuchenki mikrofalowej,

monitorów komputerowych zarówno klasycznych

jak i ciekłokrystalicznych, i wielu innych.

Kuchenki mikrofalowe stały się już równie popularne jak zwykłe kuchnie gazowe.

Nie jest jednak łatwo wytłumaczyć uczniowi nie tylko zasadę jej działania,

ale również jak zachowuje się cząsteczka wody w polu mikrofal i na czym

polega proces gotowania wody w polu mikrofal. Aplet ilustrujący to zjawisko

umieszczony jest na stronie

 http://www.ftj.agh.edu.pl/wfitj/java/phys2000/h2o-pl.html.

Pozwala on obserwować pojedynczą cząsteczkę w polu mikrofal,

mamy możliwość nie tylko sterowania mocą pola mikrofalowego,

 ale również powiększania widoku obserwowanej cząsteczki wody.

 Uczeń może zaobserwować jak zachowuje się cząsteczka wody

 w polu słabym a jak w polu o dużym natężeniu.

Duży portal zawierający duży zbiór apletów Javy to strony stworzone przez  Waltera Fendta,

dostępne pod adresem http://www.walter-fendt.de/ph14pl/

Zawierają one dwa rodzaje apletów zarówno starsze jak i dostępne w wersji Java 1.4. Aplety

 zostały zgrupowane w kilka zbiorów odpowiadających poszczególnym działom fizyki:

mechanika: Równowaga trzech sił , Siła wypdakowa , Wielokrążek ,

Dźwignia dwustronna , Sprawdzanie II zasady dynamiki Newtona ,

Ruch pocisku , Karuzela (siła dośrodkowa) , Pierwsze prawo Keplera

Drugie prawo Keplera .

drgania i fale: Wahadło , Odbicie i załamanie fal ,

Interferencja dwóch fal kolistych lub kulistych oraz Przykład efektu Dopplera .

elektrodynamika: Pole magnetyczne wokół magnesu sztabkowego ,

Pole magnetyczne wokół przewodnika prostoliniowego,

Siła elektrodynamiczna , Silnik elektryczny prądu stałego, Prądnica ,

Prawo Ohma oraz Fala elektromagnetyczna

optyka: Załamanie światła , Interferencja światła na podwójnej szczelinie,

Dyfrakcja światła na pojedynczej szczelinie .

inne: Równanie stanu gazu doskonałego, Przykład dylatacji czasu,

Zjawisko fotoelektryczne oraz Teoria Bohra budowy atomu wodoru .

                                            Zasoby sieciowe

Sieciowe projekty edukacyjne

Przetwarzanie rozproszone

BOINC jest skrótem od Berkeley Open Infrastructure for Network Computing czyli

"Otwarta Infrastruktura Przetwarzania Rozproszonego uniwersytetu Berkeley".

Jest to projekt mający na celu wykorzystanie wolnego czasu komputerów osobistych do

obliczeń zwiazanych z różnymi projektami badawczymi.

Jest to światowy projekt mający na celu wykorzystanie wolnego czasu komputerów

 osobistych do obliczeń związanych z różnymi projektami naukowymi.

Uczestnictwo w takich projektach jest szczególnie cenne dla uczniów, gdyż pozwala

młodym ludziom aktywnie uczestniczyć analizie danych

przydatnych w najnowszych badaniach naukowych. Taki udział jest niewątpliwie

 fascynującą przygodą intelektualna pozwalająca uczniom poszerzyć horyzonty wiedzy.

Lista niektórych, najciekawszych programów dostępnych na platformie BIONIC.:

 

setiweb.ssl.berkeley.edu

Najstarszy, najbardziej znany i największy projekt przetwarzania rozproszonego w internecie.Nasza pracownia bierze w nim aktywny udział od 1999 roku.  Projekt zgromadził ponad 5 mln uczestników. Komputery uczestników analizują dane z radioteleskopu w Arecibo, w poszukiwaniu sygnałów mogących pochodzić od pozaziemskich cywilizacji. W ramach projektu ma w przyszłości ruszyć podprojekt AstroPulse, który z tych samych danych ma poszukiwać radiowych śladów po czarnych dziurach, supernowych i innych "egzotycznych" obiektach kosmicznych.

boinc.berkeley.edu

Strona główna platformy przetwarzania rozproszonego.
boincatpoland.org

Polska strona główna platformy BIONIC.
predictor.scripps.edu

Projekt jest częścią eksperymentu mającego na celu przewidzenie struktury białka na podstawie sekwencji aminokwasów wchodzących w jego skład. Struktura jaką przyjmie białko w istotny sposób wpływa na to, jakie funkcje mogą być przez nie pełnione. Eksperyment ten może pozwolić na poznanie odpowiedzi na niektóre z fundamentalnych problemów biochemii, medycyny i genetyki.
climateprediction.net

Projekt mający na celu określenie jakie uproszczenia można wprowadzić w komputerowym modelowaniu klimatu. Eksperyment polega na wielokrotnym modelowaniu zmian klimatycznych przy mniejszych lub większych zmianach parametrów startowych, aby sprawdzić, w jakim stopniu zmiany te wpłyną na zachowanie się modelu. Cechą charakterystyczną tego projektu są bardzo długotrwałe obliczenia. Jednostka pracy wymaga zazwyczaj kilkuset godzin do ukończenia. Z tego powodu, co pewien czas klient łączy się z serwerem przekazując aktualny stan obliczeń. Na tej podstawie przyznawane są też punkty kredytowe.
einstein.phys.uwm.edu

Einstein jest projektem przeszukiwania danych z Laserowego Interferencyjnego Obserwatorium fal Grawitacyjnych (LIGO) w USA i z obserwatorium fal grawitacyjnych GEO 600 w Niemczech, w poszukiwaniu sygnałów pochodzących od szybko obracających się gwiazd neutronowych, znanych także jako pulsary. Naukowcy uważają, że niektóre z pulsarów nie są idealnie sferyczne, w związku z czym powinny emitować charakterystyczne fale grawitacyjne, które LIGO i GEO 600 bedą wykrywać w nadchodzących miesiącach.
athome.web.cern.ch/athome

Projekt wspomagający konstrukcję Wielkiego Zderzacza Hadronów (Large Hadron Collider - LHC) w laboratorium CERN pod Genewą. Ma on pomóc dobrać optymalne parametry w celu uzyskania jak najlepszej stabilności rozpędzanych wiązek cząstek. Rzecz w tym, aby wprowadzić cząstki na stabilną kołową orbitę, na której muszą się utrzymać przez kilkaset tysięcy okrążeń akceleratora.
folding.stanford.edu

Projekt zajmujący się białkami, jednak w nieco innym ujęciu i celu. Prowadzony przez uniwersytet w Stanford projekt Folding@home koncentruje się na badaniu sposobu w jaki cząsteczka białka składa się w przestrzeni. Jest to o tyle ważne, że od tego kształtu zależą funkcje, jakie może ona pełnić w organizmie. Na wskutek nieprawidłowego złożenia się cząstki, mogą powstawać białka wywołujące choroby takie jak CJD, choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, czy też słynne BSE, czyli "choroba wściekłych krów".

HOME

Kontakt:
e-mail

Last uptade 03.03.2008

Copyright by www.d4u.glt.pl