УСТАНОВКА ДЛЯ ОРГАНІЗАЦІЇ НАВЧАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ МЕХАНІЧНИХ КОЛИВАНЬ ТА ГАЛЬМІВНОЇ ДІЇ ВИХРОВИХ СТРУМІВ
DOI:
https://doi.org/10.31110/fmo2025.v40i3-04Ключові слова:
навчання фізики, навчальні дослідження, механічні коливання, згасання коливань, гальмівна дія струмів ФукоАнотація
Формулювання проблеми. Навчальний експеримент відіграє значну роль у навчанні фізики. Він не лише сприяє більш глибокому засвоєнню фізичних знань, а й розвиває навички технічної і математичної грамотності, що особливо важливо для студентів інженерних спеціальностей. Тому організація навчальних експериментальних досліджень потребує постійного удосконалення як матеріальних, так методичних засобів їх практичного впровадження. У цій статті презентовано установку, що дозволяє організовувати навчальні експериментальні дослідження механічних коливань фізичного маятника та гальмівної дії вихрових струмів.
Матеріали і методи. У досліджені були застосовані як теоретичні, так й емпіричні методи. Зокрема, проведено аналіз наукових публікацій, у яких розглянуто навчальні дослідні установки для вивчення згасання коливань та гальмівної дії вихрових струмів у різних механічних системах. Також теоретично обґрунтовано математичну залежність величини гальмівної сили, що діє на рухому провідну пластику в магнітному полі електромагніту, від низки певних параметрів. Здійснено експериментальні перевірку теоретичних розрахунків. З метою практичного впровадження результатів авторського дослідження проведено педагогічні спостереження діяльності студентів під час апробації пропонованої установки у навчальному процесі.
Результати. Виготовлено та практично апробовано установку для графічного запису коливань фізичного маятника і гальмівної дії вихрових струмів. Отримані результати підтвердили теоретичні розрахунки залежності гальмівної сили, яка діє на рухому провідну пластинку в магнітному полі, від квадрату сили струму в електромагніті, що створює це поле. Проілюстровано варіант результатів навчального експерименту та розроблено методичні рекомендації до можливих напрямків навчальних досліджень як на лабораторних заняттях, так і під час самостійних досліджень студентів (учнів) під керівництвом викладача.
Висновки. Запропонована установка та рекомендації до її застосування можуть бути ефективним дидактичним засобом у навчанні розділів «Електромагнетизм», «Коливання». Її можна використовувати як у якості демонстраційного експерименту, так і у навчальних дослідженнях різних форматів (лабораторні роботи, довготривалі студентські дослідження, дослідження учнів у конкурсі захисту МАН, підготовка навчальних проєктів тощо).
Завантажити
Посилання
Csernovszky, Z., Hömöstrei, M., & Kurucz, K. (2024). Study of damped oscillations using Phyphox and Arduino controlled Hall-sensor. J. Phys.: Conf. Сер. 2693 012004., https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2693/1/012004.
Dollet, B., Lorenceau, E., & Gallaire, F. (2020). Transition from Exponentially Damped to FiniteTime Arrest Liquid Oscillations Induced by Contact Line Hysteresis. J. Physical Review Letters., 124 (10) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.104502.
Hasan, M. S., Deepu, P., Kumar, K., Agrawal, A., & Meena, D. K. (2003). Oscillation decay of a pendulum by an air jet. Physics Letters A., 481, 5 Sep. 2023, 129003., https://doi.org/10.1016/j.physleta.2023.129003.
Kurniawan, Y., Suhandi, A., Samsudin, A., Xuan, N. T. T. (2024). Journal of Science Learning, 7(1), 25-32. https://doi.org/10.17509/jsl.v7i1.57765
Molina-Bolívar, J. A., & Abella-Palacios, A. J. A laboratory activity on the eddy current brake. (2012). European Journal of Physics. 33(3), 697-707. https://doi.org/10.1088/0143-0807/33/3/697
Sakaki, N., Yusaku Seki, Y., & Sasaki, A. (2005). Magnetic-pendulum set-up illustrates eddy-current generation and inhibition. Physics Education, 40, 127. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9120/40/2/F09
Thy, S., & Iwayama, T. (2023). STEM approach to teaching and learning physics at high school: a damped oscillation application of tuned mass damper. ResearchGate Poster May 2023. https://www.researchgate.net/publication/370690286
Halatiuk, Yu.M., Levsheniuk, V.Ia., Levsheniuk, Ya.F., Rybalko, A.V., & Tyshchuk, V.I. (2008) Metody rozviazuvannia fizychnykh zadach. Metod analizu rozmirnostei ta pryntsyp podibnosti. [Methods of solving physical problems. The method of dimensional analysis and the principle of similarity]. Kh. : Osnova. (in Ukrainian).
Honcharenko, S. U. (1995) Fizyka (Probn. navchalnyi posibnyk dlia litseiv ta klasiv pryrodnycho-naukovoho profiliu): 11 klas. [Physics (Trial textbook for lyceums and natural science classes): 11th grade]. K.: Osvita. (in Ukrainian).
Zdeshchyts, V. M., & Zdeshchyts, A. V. (2015) Halmuvannia postiinoho mahnitu tokamy Fuko pry yoho rusi bilia metalevykh poverkhon. «Teoriia ta metodyka navchannia matematyky, fizyky, informatyky». [Braking of a permanent magnet by Foucault currents during its movement near metal surfaces. "Theory and teaching methods of mathematics, physics, computer science"]. Kryvyi Rih, 3 (37), 118-128. URL: https://lib.iitta.gov.ua/id/eprint/716724/1/tmn-2015-3.pdf
Chernetskyi, I. (2018). Doslidzhennia yavyshcha vynyknennia vykhrovykh strumiv. [Study of the phenomenon of eddy currents] “Mala akademiia nauk”. URL: https://stemua.science/Metodyky/ doslidzhennia-yavyshcha-vynyknennia-vykhrov/
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Категорії
Як цитувати
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Андрій Рибалко
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)