- Vernier vyrábal určitú dobu dynamický vozíčkový systém. Pri vylepšenej verzii
sme použili naše skúsenosti z používania vozíčkov a dráh so študentmi
a vytvorili sme ideálny systém pre vyučovanie dynamiky a kinematiky
v základnej fyzike. Ukážem vám postupne niektoré vlastnosti našich
vozíkov a dráhy. Vozíky sú vybavené ložiskami s veľmi nízkym trením. Na spodku vozíkov
je kolík, ktorý zabraňuje aby vozík spadol zo stola, keď je
položený na stole. Keď ho však položíte na dráhu môže sa voľne pohybovať. Na koncoch vozíka
sú ľahko odoberateľné nárazníky, v ktorých môžu byť magnety alebo nálepky so suchým zipsom
na demonštrovanie rozličných druhov zrážok. Horná časť vozíka je dobre označená,
aby tu študenti mohli namontovať rôzne senzory, napríklad dvojrozsahový senzor sily,
senzor zrýchlenia alebo bezdrôtový dynamický senzorový systém. Napríklad, zoberiem dvojrozsahový
senzor sily, položím ho na vrch a pomocou priloženej skrutky
ho priskrutkujem. Takto som namontoval senzor sily na vrch vozíka
a upevnil ho na mieste, aby sa počas experimentu
nepohyboval. Na vrchu vozíka sú tiež vybrania na štyri závažia. Môžem zobrať závažie,
dať ho do vybrania a takto zmeniť celkovú hmotnosť vozíka bez toho,
aby som musel odmontovať dvojrozsahový senzor sily. Takto môžu študenti pri experimente
sledovať ako vplýva hmotnosť na dynamiku a kinematiku vozíka.
Odmontujem tieto veci a ukážem vám ako funguje vozík s piestom.
Vozík s piestom je teraz inej farby. Urobili sme to zámerne, aby
pri diskusii zrážok študenti a učitelia nemuseli zložito vysvetľovať
že ide o ľavý alebo o pravý vozík z pohľadu študenta alebo učiteľa. Môžete teraz jednoducho hovoriť o šedom
a zelenom vozíku. Vozík s piestom je pripravený na rozličné experimenty
so zrážkami medzi vozíkmi. Jednou z jeho zaujímavých vlastností je, že sa s nim dajú robiť superelastické zrážky,
keď piest sa vysúva pri kontakte s iným vozíkom. Pripravím teda zrážku
medzi dvoma vozíkmi tak, aby pružina piesta pridala dodatočnú energiu do systému.
Nechám vozíky pomaly sa pohybovať k sebe, piest sa pri dotyku náhle vysunie. Týmto pridá do
systému dodatočnú energiu. Nemá to však vplyv na zachovanie hybnosti. Máme tu aj ďalšie veci,
ktoré sú súčasťou dynamického vozíčkového systému. Často sa stáva, že
učitelia fyziky chcú použiť na konci dráhy fotobránu.
Dynamický vozíčkový systém má v svojej zostave svorku aj kladku,
takže môžete primontovať fotobránu a robiť experimenty napríklad s polovičným
Atwoodovym strojom. Systém, umožňuje používať detektor pohybu, štandardný ultrazvukový
detektor pohybu, ako aj nový, unikátny Vernierov optický kódovací
systém pohybu. Optický kódovací systém pozostáva z vozíka, ktorý ma na spodku senzor.
Tento senzor číta rastrové pásy, ktoré sú vytlačené na povrchu dráhy a informácie
posiela pomocou infračerveného lúča
do prijímača umiestneného na konci dráhy. Toto umožňuje systému
zaznamenávať pohyb vozíka ako funkcie času veľmi čisto, bez akýchkoľvek
problémov, náhodných odrazov od iných objektov v laboratóriu. Ukážme si rýchly experiment
s pohybom vozíka na naklonenej rovine pri snímaní polohy optickým
kódovacím systémom. Urobím si z dráhy naklonenú rovinu tak,
že vyberiem podstavec. Urobme si rýchly experiment so štúdiom pohybu vozíka
hore a dole naklonenou rovinou. Spustím zber údajov v programe Logger Pro,
udelím vozíku impulz, nechám vozík zbehnúť dole dráhou a zastavím ho. Môžete vidieť veľmi čisté
údaje, graf závislosti polohy od času ukazuje pohyb vozíka.
Nie sú tu žiadne náhodné poruchy, ktoré by pochádzali od odrazov od iných objektov v triede.
Na grafe závislosti rýchlosti od času je veľmi pekná lineárna časť, kde sa vozík voľne pohyboval
a graf zrýchlenia je použiteľný a dobre ukazuje konštantné zrýchlenie
v časti, kde sa vozík voľne pohyboval na naklonenej rovine. A ešte jedna vec, ktorú ste asi ešte
nikdy nerobili na hodinách fyziky, pri používaní detektora pohybu. Je to prvá derivácia
zrýchlenia. Je to veličina, ktorá sa nazýva jerk (trh).
Pomocou detektora pohybu len zriedka dostanete použiteľné údaje trhu. Zmením teda graf
zrýchlenia na graf trhu. Urobím zmenu mierky a vidíte, že
aj tretia derivácia polohy ako funkcie času dáva použiteľné
výsledky, keď použijeme na zber údajov Vernierov systém s optickým kódovaním. Vernierov dynamický vozíčkový
systém je v skutočnosti ucelený systém pre výuku fyziky.
Máme k nemu prídavné komponenty, pomocou ktorých sa dá systém využiť aj na štúdium rôznych iných
fyzikálnych javov. Napríklad, vyberiem z vozíka magnetické nárazníky a namontujem
trecí element vozíka. Trecí element má časť, ktorá sa pohybuje po dráhe. Takto teda dostanem
vozík, ktorý sa pohybuje s dodatočným trením, a môžem tak študovať tento jav.
Máme k dispozícií aj ďalšie príslušenstvo, napríklad sadu nárazníkov a odrazov na
experimenty s hybnosťou a impulzom. Existuje tiež množstvo optických komponentov, ktoré sa dajú namontovať
vrch dráhy. Sú to tenké šošovky, zrkadlá a máme tiež
zariadenie na difrakciu a sadu na zmiešavanie farieb. Vernierov dynamický vozíčkový
systém poskytuje učiteľovi celý rad zariadení na vyučovanie
základnej fyziky.