Моделирование физических процессов на основе Mobile Basic

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается возможность моделирования физических процессов на основе Mobile Basic. В частности, рассмотрено моделирование тела, брошенного под углом к горизонту, создана программа для моделирования движения, нахождения угла полета и показана объективность предложенного метода, которая позволяет пользователю самостоятельно выполнить, управлять, наблюдать и сделать заключения.

ABSTRACT

The article discusses the possibility of modelling physical processes based on Mobile Basic. In particular, the modelling of a body thrown at an angle to the horizon is considered, a program for modelling movement, finding the angle of flight is created, and the validity of the proposed method is shown, which allows the user to independently perform, control, observe and draw conclusions.

Ключевые слова: движение под действием силы тяжести, моделирование, скорость, координата, информационные технологии, анимация.

Keyword: motion under gravity, modelling, speed, coordinate, information technology, animation.

Как известно, компьютерное моделирование и проведение вычислительного эксперимента являются одними из современных методов исследования физических явлений. Он имеет свои особенности, преимущества и недостатки по сравнению с другими методами изучения физических систем. Совершенно очевидно, что студенты высших учебных заведений должны иметь представления о компьютерных моделях, численных методах изучения различных объектов познания, достаточно свободно ориентироваться в современных программных продуктах. Современный персональный компьютер позволяет за несколько секунд решить сложную систему уравнений, построить график изучаемой зависимости, промоделировать трудновоспроизводимый эксперимент [3; 5; 6].

Известно, что компьютерный эксперимент не может заменить настоящую физическую лабораторию. Тем не менее при выполнении компьютерных лабораторных работ у студентов формируются навыки, которые пригодятся им и для реальных экспериментов, – выбор условий экспериментов, установка параметров опытов и т.д. Все это превращает выполнение многих заданий в микроисследования, стимулирует развитие творческого мышления студентов, повышает их интерес к физике [2; 4].

Однако в условии пандемии приходится проводить учебный процесс дистанционным образом, и не у всех студентов имеются компьютеры. В настоящее время основная часть студентов обучаются предметам с помощью мобильных телефонов.

Поэтому в данной работе рассматривается моделирование физических процессов на примере движения тела, брошенного под углом к горизонту, с использованием графических возможностей Mobile Basic.

Как известно [1], при движении тела, брошенного под углом к горизонту, проекции скоростей меняются по законам:

,

.                                                                           (1)

А координаты меняются с течением времени:

,

.                                                                      (2)

Исключая отсюда время, получаем траекторию движения:

,                                                                    (3)

т.е. тело, брошенное под углом к горизонту, движется по параболе:

.                                                                             (4)

В наивысшей точке движения вертикальная составляющая скорости равна нулю v_y = 0. Отсюда можно определить время подъема , т.е.:

.                                                                          (5)

Так как время подъема равно времени спуска, время полета будет:

.                                                                   (6)

Высота подъема определяется по формуле:

.                                                          (7)

Дальность полета равна:

.                                              (8)

При заданной скорости определение угла бросания является одной из важных задач военной техники, спорта и т.д. Для решения этой задачи используем известное тригонометрическое тождество:

;                                                                  (9)

перепишем выражение (3) в виде:

.                                                      (10)

При заданных координатах мишени (х, у) это уравнение можно переписать в виде:

или

.                                               (11)

Это квадратное уравнение относительно tga, решение которого имеет вид:

.                   (12)

Это выражение позволяет определить угол бросания тела при заданной начальной скорости и координаты мишени.

Для моделирования рассмотренного процесса составлена программа на Mobile Basic (рис. 1), которая состоит из трех частей. Первая часть предназначена для наблюдения за движением тела, брошенного под углом к горизонту. Вторая часть предназначена для определения угла бросания при заданных v₀, x, y. Третья часть предназначена для наблюдения попадания тела (снаряда) в мишень.

Запустив программу, вводим данные «v0=10.0» (м/с), «al=30.0» (^о) и получим анимационный график (рис. 2).

Теперь вводим значения «x=8.0» (м), «y=1.0» (м) и наблюдаем попадание тела в мишень (рис. 3). В конце расчета выводятся все необходимые параметры движения (рис. 4): tm – время полета, s – дальность полета, hm –  высота полета, al1, al2 – углы.

Особая сторона программы состоит в том, что пользователь за короткое время может самостоятельно выполнять, наблюдать, сравнить и делать выводы. Данной программой можно пользоваться при самостоятельном изучении и при преподавании физики. Составление и применение при преподавании подобных программ способствует повышению интереса к физике и глубокому пониманию физических понятий и закономерностей.

Таким образом, за счет применения компьютеров и телефонов, позволяющих моделировать и наблюдать многие явления, значительно расширяются возможности традиционного физического практикума.

Список литературы:

1. Алешкевич В.А., Деденко Л.Г., Караваев В.А. Механика. – М. : Академия, 2004. – 480 с.
2. Изучение электрического поля на компьютере с использованием анимаций и численных методов / М. Насиров, Р. Алиев, Б. Туланова, A. Бaзaрoв // Физика в школе. – 2011. – № 1. – С. 40–43.
3. Майер Р.В. Компьютерное моделирование физических явлений. – Глазов, 2009. – 112 с.
4. Повышение эффективности образования применением информационных технологий при решении физических задач / М. Насиров, Л. Олимов, Ё. Маматохунов, Ф. Омонбоев // Научный вестник АГУ. – 2015. – № 3. – С. 98–101.
5. Harvey Gould, Jan Tobochnik, Wolfgang Christian. An introduction to computer simulation methods. Applications to Physical Systems. – Pearson Education/inc/ publishing as Addison Wesley, 2007.
6. Seagrave W. B4A: Быстрая разработка приложений на Бейсике. – United Kingdom : Published by Penny Press Ltd, 176 Greendale Road, Coventry, CV5 8AY, 2017. – 618 c.