Комп’ютерне моделювання механічного руху в фізичному практикумі
Authors: Безуглий Анатолій Васильович , Петченко Олександр Матвійович 
Published: March 2022

Методичні розробки, які реалізуються за допомогою ПК, збагачують віртуальний фізичний практикум та надають можливість засвоєння фізичних явищ та їх законів при реалізації дистанційного навчання.В даній роботі пропонується дві віртуальні лабораторні роботи з вивчення механічного руху: “Визначення прискорення вільного падіння” та“Вимірювання коефіцієнта в’язкості рідини за методом Стокса”, що реалізуються за допомогою однієї комп’ютерної програми.Прискорення вільного падіння g визначається за прямими вимірюваннями часу t та висоти падіння h. Відстань H, яке тіло проходить за час t, визначається за кінематичним законом руху:H=gt2/2, (1)Якщо виміряти час падіння кульки з різної висоти та побудувати графік залежності від t, то згідно з (2) отримаємо пряму, тангенс кута нахилу якої до вісі t буде дорівнювати .Графік залежності від t дає можливість обчислити значення g за формулоюПрограма моделює рух тіла, який користувач спостерігає на екрані, в широких межах зміни густини середовища ρ та коефіцієнта в’язкості , а також в частинному випадку, коли , , тобто, у вакуумі. Одновимірний рух тіла (кульки) описується за допомогою модифікованого метода Ейлера з урахуванням всіх сил, які діють на кульку: сили тяжіння, сили Архімеда та сили внутрішнього тертя. Шлях падіння кульки вимірюється за шкалою, на якій нанесені поділки в метрах. Час падіння кульки вимірюється секундоміром. На екрані дисплею виведені кнопки регулювання секундоміра для ввімкнення, вимкнення та скидання до нуля. Програма дозволяє зупинити процес падіння в будь-який момент, а потім або продовжити із збереженими значеннями величин на цей момент часу, або повернутися до початкового моменту.При виконанні роботи користувач встановлює у вікні інтерфейсу (рис. 1) значення густини та в’язкості, скидає секундомір, встановлює висоту, згідно з номером варіанту. Одразу ж після запуску програми, вмикає секундомір. В момент досягнення кулькою дна судини, вимикає секундомір і заносить в таблицю значення висоти та часу падіння для кожного значення висоти падіння. Побудувавши графік залежності від t, обчислюють величину g за формулою (3).Метою наступної роботи є вивчення особливостей руху кульки у в’язкій рідині та визначення в‘язкості рідини за методом Стокса. При моделюванні руху кульки для обчислення сили внутрішнього тертя використовується формула Стоксаде r – радіус кульки,  – коефіцієнт в‘язкості рідини, V – швидкість кульки відносно рідини.Оскільки вимірювання часу треба виконувати для рівномірного руху, програмою передбачено виведення на екран риски в момент, коли всі сили, що діють на кульку, врівноважуються. З цього моменту рух кульки стає рівномірним. На екран виведено два секундоміри. Один вмикається з початком руху кульки і вимикається автоматично, коли кулька досягає дна судини. Другий можна вмикати і вимикати від руки, клацаючи мишкою на кнопки вмикання та вимикання. Радіус, масу кульки, висоту судини можна змінювати як завгодно, маючи тільки на увазі, що радіус кульки повинен залишатися меншим за діаметр судини. Але якщо ви й забудете про це, програма нагадає, висвітить зауваження. На панелі інтерфейсу також виведені параметри зображення, які можна змінювати, такі, як кольори рідини і кульки та радіус зображення кульки.