Практикум по Interactive Physics

ПРАКТИКУМ по INTERACTIVE PHYSICS

Первое Занятие (Введение в ИФ)

И Модель 0 "Автомобиль + Диск"

Задание 1. Создайте модель "Автомобиль + Диск".

1. Закройте все файлы ИФ, если они открыты.

2. Создайте новый файл: Файл – Новый.

3. Вызовите координатные оси: Стол – оси ОХ и ОY.

4. Создайте "Землю" в виде прямоугольника – бруска.

4.1. Выберите инструмент "брусок", курсор превратится в "+".

4.2. Протяните, не отпуская клавишу мышки, вдоль всего окна слева – направо и немного вниз.

4.3. Выберите инструмент: Выбор [Стрелка].

4.4. Щелкните на бруске и, не отпуская клавишу, протащите брусок так, чтобы его верхняя грань совпадала с осью ОХ.

4.5. С помощью вертикального бегунка окна (справа) "перенесите" "Землю" в нижнюю часть окна.

4.6. Уберите оси: Стол – Оси ОХ и ОY.

5. Создайте диск, выбрав инструмент "диск" и разместите его по центру окна.

6. Создайте автомобиль, выбрав инструмент "пластина".

6.1. Щелкните один раз мышкой для смены направления линии, а в конце отрисовки – двойной щелчок. Автомобиль рисуйте большого размера.

6.2. Выберите инструмент: Выбор [Стрелка].

6.3. Уменьшите автомобиль, протянув за черные квадратики по его углам.

6.4. Разместите автомобиль на "Земле".

7. Попробуйте запустить модель, нажав на "Старт", а затем на "Стоп" и "Сброс". Все падает вниз, значит надо закрепить "Землю".

7.1. Выберите "Якорь".

7.2. Щелкните им на "Земле" в любом месте и попробуйте запустить модель опять – "Земля" не должна упасть.

8. Измените упругость диска.

8.1. Один щелчок на диске и Объекты – Свойства (или двойной щелчок и кнопка "More Choices …", или одновременно нажмите на клавиатуре клавиши "" и "I"). Появится окно "Свойства".

8.2. Выберите: Материал – резина.

8.3. Закройте окно "Свойства", щелкнув на белый квадратик в его левом верхнем углу.

9. Аналогично п.8 сделайте "Землю" тоже резиновой.

10. Задайте начальную скорость диска.

10.1. Стрелкой курсора мышки укажите на центр диска и нажмите клавишу.

10.2. Не отпуская клавишу, протяните мышку вниз. Вектор скорости V при этом должен увеличиваться.

10.3. Можно изменить величину и направление вектора скорости V, ухватив курсором за его конец и протащив мышкой.

11. График скорости автомобиля.

11.1. Щелкните на автомобиле и Измерение – Скорость – по Х.

11.2. Щелкните по графику и Объекты – Изображение …

11.3. Уберите пересечение в квадрате напротив надписи "Рамка".

11.4. Закройте окно "Изображение", щелкнув в белом квадратике слева сверху.

12. Пристегните к автомобилю силу (двигатель).

12.1. Выберите инструмент "Сила".

12.2. Нажмите в любом месте окна и протащите мышку.

12.3. Захватите силу и расположите ее "наконечник" в центре автомобиля.

13. Пульт управления силой.

13.1. Щелкните на "Силе" и Задать – Система управления – Х сила. Должен образоваться пульт.

13.2. Сделайте пульт горизонтальным, используя черные квадратики по его углам.

13.3. Двойной щелчок на пульте.

13.4. Введите в поля min и max: –10 и 10 соответственно.

14. Проверка параметров силы.

14.1. Дважды щелкните на силе – откроется окно ее свойств. В поле Fx должно быть Input [n] (где n – номер пульта), а в поле Fy – 0, если Fy отличается от нуля, введите его в это поле.

14.2. Закройте окно "Свойства".

15. Индикатор потенциальной энергии диска.

15.1. Щелчок на диске и Измерения – Потенциальная энергия.

15.2. Щелчок на стрелке в левом верхнем углу поля вывода. Окошко измерений станет графическим.

15.3. Еще щелчок в левом углу. Окошко измерений станет ленточным.

15.4. Проверьте, нажав на "Старт".

15.5. Аналогично п. п. 11.3, 11.4. уберите рамку.

16. Сделайте силу скрытой.

16.1. Щелчок на силе Объекты – Изображение.

16.2. Уберите перекрестие в квадрате "Есть", щелкнув по нему.

17. Экспериментируйте с Вашей моделью.

Если Вам кажется, что Ваш автомобиль слишком медленно движется – измените пределы в пульте управления его силы. Или измените его свойства – коэффициент трения, например.

Требование к отчетам

Титульный лист

Федеральное агентство по образованию Томский политехнический университет Кафедра … ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ (Интерактивная физика) Выполнил … Проверил … Томск 200 …

 

1. Номер и название модели.

2. Постановка задачи (списать с этого руководства).

3. Этапы построения модели (как выше у Модели 0, но гораздо короче, без детального описания).

4. Описание модели с рисунком (какие объекты присутствуют и с какими параметрами, какая среда, что движется или что друг от друга влияет, какие параметры можно менять, а какие измерять, какие графики и пульты и т. д.).

5. Аналитическое решение (если требуется).

6. Исследовательская часть (графики построенные ИФ, графики зависимости измеряемых параметров от изменяемых, таблицы, формулы и пр.).

7. Ответьте на вопросы.

8. Выводы.

Модель 1

Исследуйте движение автомобиля по прямой дороге:

Первоначально автомобиль находится на стоянке. Затем в момент времени t = 0 с начинает двигаться от стоянки, причем скорость автомобиля между t1 = 0 с и t2 = 5 с задана формулой: V = 10t (t1 = 0 с и t2 = 5 с).

Затем, между t2 = 5 с и t3 = 5 с скорость автомобиля постоянна: V = 10 м/с.

Но в момент времени t3 = 5 с водитель по указанию инспектора ГАИ начинает тормозить, и скорость изменяется по закону: V = 10 – t.

1.1. Постройте модель движения автомобиля. В свойствах автомобиля введите в поле Vx выражение if (t<5, 2*t, (t<20)*(10–(t>10)*(t–10))), остальные параметры свойств не имеют значения.

1.2. Постройте в модели график V = f(t) для автомобиля между t = 0 с и окончанием движения.

1.3. Ограничение скорости на данном участке дороги 40 км/ч. Имеет ли право инспектор ГАИ оштрафовать водителя?

1.4. Какой путь проделал автомобиль?

1.5. В какой момент времени автомобиль остановится?

Модель 2

Астронавт, находящийся на Марсе бросает прямо вверх шар весом 20 кг, начальная скорость шара 20 м/с. Из-за силы тяжести движение шара замедляется. Ускорение свободного падения на Марсе а » 4 м/с.

2.1. Постройте модель движения шара с графиками высоты и скорости.

2.2. Измерьте максимальную высоту шара.

2.3. За какое время шар достигнет максимальной высоты?

2.4. Чему равна скорость шара в момент t = 7 мин?

Модель 3

Камень падает на лунную поверхность с высоты 90 м.

3.1. Создайте модель для этого случая. Постройте графики в модели для координаты Y и скорости камня. Сделайте строб – след камня.

3.2. На какую высоту надо поднять камень, чтобы он падал 4 секунды.

3.3. Какую скорость развивает камень на 4-ой секунде?

3.4. Создайте в модели пульт для изменения гравитационной силы.

Модель 4

Орудие находится на дне крутого холма. Крутизна холма 30 ° по отношению к горизонту. Человек, стреляющий из орудия, может изменять угол наклона орудия q.

4.1. Определите угол q, при котором снаряд (шарик), вылетающий из орудия, улетит как можно дальше вверх на холм.

Модель 5

Средневековая армия нападает на древний замок, высота стен которого 100 м. Орудие армии расположено на расстоянии 50 м от замка. Предводитель армии решает, что наибольший ущерб замку будет принесен, если ядра будут попадать через стены замка.

Начальная скорость ядер – 80 м/с; ускорение – 10 м/с2.

5.1. Определите угол q, при котором будет прямое попадание в цель.

5.2. На какую максимальную высоту поднимается ядро?

Модель 6

Петя и Коля играют в перетягивание каната. Петя тянет за один конец веревки, в то время как Коля тянет за другой конец веревки. Лента – разделитель привязана к середине веревки. В начале игры, т. е. при t = 0, Петя тянет с силой 100 Н, в то время как Коля тянет с силой 100,2 Н. Веревка и лента вместе имеют общую массу 4 кг. Вначале игры лента неподвижна прямо посередине веревки (t = 0, начальное положение х = 0).

6.1. Где лента будет находиться во время t = 4 с?

6.2. Опишите, что получится в конце игры при вышеуказанных силах.

6.3. Что будет происходить, если силы, с которыми тянут игроки, будут равны?