Experimenty se „Vzduchovou dráhou“ připojenou na PC

Tomáš Novotný, František Špulák

V roce 1988 začaly vyrábět Učebné pomôcky národný podnik Banská Bystrica troj­rozměrnou učební pomůcku „Vzduchová dráha“, která je součástí souboru pomů­cek, obsahově zaměřených na kvantitativní demonstrační experimenty z oblasti me­chaniky. Souprava byla připojitelná na tehdy jediný ve školách v ČR hromadně vy­užívaný počítač IQ 151. Vzhledem k zastaralosti počítače IQ 151, který je v současné době svým malým výkonem, poruchovostí bez možnosti zajištění servisu a nekom­fortností obsluhy a zobrazování výsledků nevyhovující, jsme se rozhodli zachovat vzduchovou dráhu (kterou již vlastní mnoho škol v České i Slovenské republice) v původním stavu a zaměnit počítač IQ 151 za počítač typu IBM PC.

obr. 1: Schéma připojení „Vzduchové dráhy“ k počítači PC

Toto řešení umožní mnoha školám využívat po zakoupení karty DT do počítače a softwaru „DRÁHA“ stávající „Vzduchovou dráhu“ (která většinou leží nevyužita v kabinetech fyziky) za zlomek ceny, kterou by zaplatily za pořízení kompletní ex­perimentální soupravy. V ČR totiž v současné době analogickou učební pomůcku nikdo nevyrábí a cena obdobné soupravy nakoupené v zahraničí dosahuje řádově vyšší ceny (okolo 80 000 Kč).

Komunikace s počítačem je zajištěna pomocí speciální karty DT, kterou lze napojit na libovolný počítač typu PC. Minimální hardwarové nároky jsou: mikroprocesor třídy 286, 2 MB RAM, což splňuje naprostá většina počítačů na našich školách. Drá­ha může být s počítačem propojena stabilně, protože nezabírá místo (sériové ani pa­ralelní porty) ostatním perifériím (např. tiskárna). S kartou je dodáván i potřebný software, jenž pracuje pod prostředím Windows 3.1. Ovládání programu je podobné jako u ostatních aplikací, a proto nebude činit učitelům ani žákům potíže. V progra­mu je přednastaveno 13 základních pokusů z oblasti kinematiky přímočarého pohy­bu hmotného bodu (tuhého tělesa):

P1:     Pohyb rovnoměrný

P2:     Pohyb nerovnoměrný

P3:     Průměrná rychlost

P4:     Okamžitá rychlost

P5:     Průměrné zrychlení

P6:     Okamžité zrychlení

P7:     Pohyb rovnoměrný s nulovými počátečními podmínkami

P8:     Pohyb rovnoměrný s nenulovými počátečními podmínkami

P9:     Rovnoměrně zrychlený pohyb s nulovými počátečními podmínkami

P10:   Rovnoměrně zrychlený pohyb s nenulovými počátečními podmínkami

P11:   Pohyb rovnoměrně zpomalený

P12:   Volný pád – pohyb rovnoměrně zrychlený

P13:   Volný pád – tíhové zrychlení

Uživatel si může ovšem navolit jiný experiment a své vlastní nastavení si uložit pro další využití. Program automaticky kontroluje, zda nastavení odpovídá typu experi­mentu a v případě nesrovnalostí oznámí toto zjištění uživateli. Rovněž je zkontrolo­vána funkčnost všech čidel, aby nemohlo dojít k nesprávnému provedení experi­mentu či zablokování počítače.

obr. 2: Nastavení parametrů pokusu P10

Po uskutečnění měření program zobrazí tabulku s naměřenými hodnotami a dalšími vypočtenými fyzikálními veličinami (rychlost a zrychlení).

obr. 3: Tabulka s výsledky měření

Uživatel má možnost si také zobrazit grafy závislosti dráhy, rychlosti a zrychlení na čase a naměřené hodnoty porovnat s ideálním průběhem, který je určován na zákla­dě platných fyzikálních vztahů při znalosti průměrného zrychlení.

obr. 4: Graf závislosti dráhy na čase

Program je přizpůsoben i k vedení protokolu a fyzikálním měřeni při práci žáků na laboratorních úlohách. Karta DT není vázána pouze na použití se soupravou Vzdu­chová dráha. Kartu lze použít na spínání libovolného obvodu s napětím 5 V a prou­dem do 5 A a k současnému načítání osmi nezávislých digitálních veličin z libovol­ných snímačů. Bližší informace o možnosti připojení Vaší „Vzduchové dráhy“ a de­monstrační verzi programu můžete získat na adrese – RNDr. František Špulák, Pe­dagogická fakulta JU, Jeronýmova 10, 371 15 České Budějovice. Předpokládaná cena karty DT (včetně propojovacího kabelu), software (plus manuál) a souboru metodic­kých návodů na experimenty je 7000–12000 Kč  (podle provedení karty DT).

Závěrem lze říci, že experimentální souprava Vzduchová dráha s připojením na PC je didakticky vhodným experimentálním zařízením pro vyučování kinematiky hmot­ného bodu a tuhého tělesa na středních školách. Proto se předpokládá, že bude vy­užívaná ve vyučování fyziky v plném rozsahu. Z odborně metodického hlediska mají experimenty na Vzduchové dráze značně vysokou účinnost z toho důvodu, že všechny demonstrované pohyby jsou přímo a bez časových ztrát vyhodnocované kvantitativně formou tabulek a grafů, což dosud žádná (pro školy finančně dostup­ná pomůcka), zaměřená na uvedený tematický celek, neumožňovala.