DETERMINING THE DENSITY AND MOLAR MASS OF AIR IN A HOME EXPERIMENT
DOI:
https://doi.org/10.31110/fmo2024.v39i3-10Ключові слова:
барометрична формула, густина повітря, смартфон, датчик тиску, домашній експеримент, навчання фізикиАнотація
Постановка проблеми. Невід’ємною складовою навчання фізики є проведення експериментальних досліджень. Під час дистанційного навчання натурний експеримент студенти можуть виконувати тільки вдома. Значні можливості для цього надають сучасні смартфони, які оснащені різноманітними датчиками. В літературі достатньо широко описані експерименти по визначенню механічних, акустичних та оптичних величин з використанням смартфона. У той же час, недостатньо уваги приділено визначенню параметрів газів, що можна здійснювати, використовуючи датчик тиску, які встановлений у смартфоні. Тому актуальним постає завдання розробки методики проведення експерименту по визначенню густини повітря та його молярної маси в домашніх умовах з використанням датчика тиску.
Матеріали і методи. Для досягнення поставленої мети дослідження використано аналіз навчальної програми курсу «Загальна фізика для бакалаврів інженерних спеціальностей», огляд методичних вказівок до виконання лабораторних робіт з розділу «Молекулярна фізика і термодинаміка» курсу фізики технічних ВНЗ, огляд літератури за темою дослідження та аналіз результатів студентських досліджень щодо залежності тиску повітря від висоти. Також ми проводили опитування студентів стосовно можливості проведення домашніх дослідження та готовності до проведення інших експериментів з використанням смартфона.
Результати. Розроблена методика визначення густини та молярної маси повітря за результатами дослідження залежності тиску від висоти. Показано, що для коректного оцінювання шуканих величин необхідно проводити статистичну обробку експериментальних даних. Проведені експерименти дозволили одержати значення густини та молярної маси повітря, які добре корелюють з табличними значеннями.
Висновки. Дослідження залежності тиску від висоти із застосуванням смартфона і програми PhyPhox дозволяє достатньо точно обчислити густину і молярну масу повітря. За результатами опитування встановлено, що студенти схвально відносяться до виконання домашніх досліджень з використанням смартфона.
Завантажити
Посилання
Bug-Os, M.A.A.C., Marte, S.J., & Pili, U.B. (2023). Verification experiment of the coefficient of static and kinetic friction utilizing a mobile application. Physics Education, 58 (6), 065013. https://doi.org/10.1088/1361-6552/acf431
Colt, M., Popescu, M., & Dragomir, F. L. (2021). Current Experimental Methods in Physics Using the Smartphone Sensors. The 16th International Conference on Virtual Learning VIRTUAL LEARNING – VIRTUAL REALITY, 223-232. https://icvl.eu/documents/9/ICVL2021-Proceedings-SITE.pdf#page=223
Csernovszky, Z., Hömöstrei M., & Kurucz, K. (2024). Study of damped oscillations using Phyphox and Arduino controlled Hall-sensor. Journal of Physics: Conference Series, 2693 (1), 012004. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2693/1/012004.
Cukierman, U. R., Silvestri, S., Drangosch, J., Ferrando, D. P., Agüero, M., Delmonte, R., Corrao, L. G., & Saclier, L. (2017). Bridging the gap between first-year students and Engineering: A novel application of mobile technologies for improving Mathematics and Physics learning. Conference: 2017 7th World Engineering Education Forum (WEEF), 834-838. https://www.researchgate.net/publication/327820916_Bridging_the_gap_between_first-year_students_and_Engineering_A_novel_application_of_mobile_technologies_for_improving_Mathematics_and_Physics_learning.
Holovina, N. A., Kobel, H. P., Doskoch, V. P., & Kalapusha, L. R. (2013). Laboratornyi praktykum iz molekuliarnoi fizyky y termodynamiky [Laboratory workshop on molecular physics and thermodynamics.]. Lutsk : VezhaDruk, 91-95. https://evnuir.vnu.edu.ua/bitstream/123456789/5219/1/Laboratornyy%20praktykum.pdf (in Ukrainian ).
Imtinan, N., & Kuswanto, H. (2023). The Use of Phyphox Application in Physics Experiments: A Literature Review. JIPF (JURNAL ILMU PENDIDIKAN FISIKA). 8(2), 183-191. https://doi.org/10.26737/jipf.v8i2.4167
Klein, P., Ivanjek, L., Dahlkemper, M. N., Jeličić, K., Geyer, A., Küchemann, S., & Susac, A. (2021). Studying physics during the COVID-19 pandemic: Student assessments of learning achievement, perceived effectiveness of online recitations, and online laboratories. PHYSICAL REVIEW PHYSICS EDUCATION RESEARCH 17, 010117. https://doi.org/10.1103/PhysRevPhysEducRes.17.010117
Kuhn, J., & Vogt, P. (2022). Experiments with mobile devices — A retrospective on 10 years of iPhysicsLabs. The Physics Teacher 60, 88–89. https://doi.org/10.1119/10.0009416
Lincoln, J. (2024). Biot–Savart law with a smartphone: Phyphox app. Phys. Teach. 62, 72–73. https://doi.org/10.1119/5.0188271
Milner-Bolotin, M., & Milner, V. (2023). Breaking the vicious circle of secondary science education with twenty-first-century technology: Smartphone physics labs. Challenges in Science Education: Global Perspectives for the Future, 177 – 199. https://doi.org/10.1007/978-3-031-18092-7_9
Podlasov, S., Sverdlichenko, D., & Matviichuk, O.(2023). Eksperymentalni zadachi z fizyky v tekhnichnomu universyteti [The experimental physics problems at the technical university]. Fizyko-matematychna osvita –Physical and Mathematical Education, 38(3), 50-56. https://doi.org/10.31110/2413-1571-2023-038-3-007 (in Ukrainian).
Ruda, L. M. (2018). Laboratornyi praktykum z fizyky: mekhanika ta molekuliarna fizyky [Laboratory workshop on physics: mechanics and molecular physics]. Kharkiv. 34-38. http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/1385 (in Ukrainian).
Slipukhina, I., Chernetckiy, I., Kurylenko, N., Mieniailov, S., & Podlasov, S. (2020). Applied Aspects of Instrumental Digital Didactics:
M-learning with the Use of Smartphone Sensors. ICTERI 2020 ICT in Education, Research and Industrial Applications. Integration, Harmonization and Knowledge Transfer. Proceedings of the 16th International Conference on ICT in Education, Research and Industrial Applications. Integration, Harmonization and Knowledge Transfer. Volume I: Main Conference Kharkiv, Ukraine, October 06-10. http://ceur-ws.org/Vol-2740/20200173.pdf (in English)
Sukariasih, L., Erniwati, La Sahara, Hariroh, L., & Fayanto, S. (2019). Studies the use of smartphone sensor for physics learning. International journal of scientific & technology research, 8, 10. https://www.ijstr.org/final-print/oct2019/Studies-The-Use-Of-Smartphone-Sensor-For-Physics-Learning.pdf.
Sárközi, Z., & Vörös, A.-I.-V. (2023). A version of Buys Ballot experiment for quantitative proof of the Doppler effect in students' laboratory work, adapted to online conditions. AIP Conference Proceedings, 2843 (1), 050013. https://doi.org/10.1063/5.0150800
Wye, S. (2023). Teaching remote laboratories using smart phone sensors: determining the density of air. Phys. Educ. 58 015002. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6552/ac9816.
Zhuang, W., Cao, H., Zhang, Z., Zhang, J., Zhao, X., Zhang, Y. (2023). Two capacitors’ experiments using Phyphox app and ESP32 development board. Physics Education, 58 (5), 055013. https://doi.org/10.1088/1361-6552/ace57e
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Категорії
Як цитувати
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Serhii Podlasov
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
- Автори передають журналу право першої публікації свого рукопису на умовах ліцензії Creative Commons ("Із зазначенням авторства - Некомерційне використання - Поширення на тих же умовах") 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно використовувати (читати, копіювати і роздруковувати) представлені матеріали, здійснювати пошук та посилатись на опубліковані статті, поширювати їх повний текст з будь-якою законною некомерційною метою (у тому числі, з навчальною або науковою) та обов'язковим посиланням на авторів робіт і первинну публікацію у цьому журналі.
- Опубліковані оригінальні статті в подальшому не можуть використовуватись користувачами (окрім авторів) з комерційною метою або поширюватись сторонніми організаціями-посередниками на платній основі.
Creative Commons ("Із зазначенням авторства - Некомерційне використання - Поширення на тих же умовах") 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0)