ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ARDUINO
3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ARDUINO
[youtube https://www.youtube.com/watch?v=Xb4h7cwXKAk]
#1 ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΕΡΙΟΔΟΥ ΕΚΚΡΕΜΟΥΣ
Η ΙΔΕΑ
Η μέτρησης με ακρίβεια της περιόδου ενός εκκρεμούς και η εξάρτησή της με το μήκος του σχοινιού και τη μάζα του σώματος που είναι κρεμασμένη στα άκρα του. Μέτρηση ενός θεμελιώδους μεγέθους της φυσικής που είναι ο χρόνος
ΤΑ ΥΛΙΚΑ
Arduino Uno,
IR Break beam Sensor open collector
καλώδια
ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ – Η ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ
Ο ΚΩΔΙΚΑΣ
https://github.com/avarv/parosrobo
ΤΑ ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Φυλλο εργασιας 1
Αρχικά τοποθετούμε δυο σανίδες στις όποιες προσκολλάμε τους δύο αισθητήρες υπέρυθρων ακτινοβολιών. Στη συνεχεία τοποθετούμε το κατακόρυφο εκκρεμές με το αντικείμενο που θα ταλαντώνεται ακριβώς ανάμεσα στους αισθητήρες. Μετακινούμε το αντικείμενο σε μια ακραία θέση και το αφήνουμε να ταλαντωθεί και το πρόγραμμα του Αrduino μετράει πόσο χρόνο διήρκησε μια πλήρης ταλάντωση(περίοδος). Έπειτα επαναλαμβάνουμε το πείραμα με ένα πιο μεγάλου μήκους σχοινί. Την ιδία διαδικασία την επαναλαμβάνουμε με ένα μικρότερο μήκος σχοινιού από το αρχικό. Για να γίνουν τα πειράματα μας πιο ποιοτικά καλό θα ήταν να εκτελέσουμε και αλλά πειράματα με διάφορα μήκη του σχοινιού. Τέλος καταγράφουμε τα αποτελέσματά μας στον ακόλουθο πίνακα με αύξουσα σειρά του μήκους του σχοινιού.
| ΜΗΚΟΣ ΣΧΟΙΝΙΟΥ(σε m) | ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΕΚΡΕΜΜΟΥΣ(σε s) | ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΕΚΚΡΕΜΟΥΣ ΣΤΟ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟ |
Παρατηρούμε ότι το μήκος του σχοινιού είναι ανάλογο με το τετράγωνο της περιόδου. Να γίνει η γραφική παράσταση
Γνωρίζουμε ότι η περίοδος του οριζοντίου εκκρεμούς υπολογίζεται από τον τύπο:Αν λύσουμε την εξίσωση ως προς g έχουμε ότι:
Άρα, αφού με τα αποτελέσματα του προηγούμενου πινάκα γνωρίζουμε το μήκος του σχοινιού και την αντίστοιχη περίοδο του μπορούμε να υπολογίσουμε την επιτάχυνση της βαρύτητας συμπληρώνοντας έτσι τον παρακάτω πίνακα.
| ΜΗΚΟΣ ΣΧΟΙΝΙΟΥ(σε m) | ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ(σε m/s2) |
Φύλλο εργασίας 2
Όπως και στο προηγούμενο πείραμα τοποθετούμε το αντικείμενο ανάμεσα στους αισθητήρες. Το θέτουμε σε ταλάντωση ενώ ταυτόχρονα το πρόγραμμα του Αrduino μετράει την περίοδο. Αλλάζουμε το αντικείμενο με ένα μεγαλύτερης μάζας και εκτελούμε το πείραμα. Επαναλαμβάνουμε το πείραμα με αντικείμενα διαφόρων μαζών και καταγράφουμε τα αποτελέσματά μας στον ακόλουθο πίνακα:
| ΜAZA ANTIKEIMENOY(σε kg) | ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ(σε m/s2) |
Παρατηρούμε ότι η περίοδος ταλάντωσης του αντικειμένου είναι ανεξάρτητη της μάζας του.
#2 ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ
Η ΙΔΈΑ
Η μέτρηση του χρόνου αντίδρασης σε οπτικό ερέθισμα ενός ανθρώπου. Μετριέται το χρονικό διάστημα από ένα οπτικό ερέθισμα μέχρι το πάτημα ενός κουμπιού
Ως εργαλείο αυτή η κατασκευή επιτρέπει στους μαθητές να αναρωτηθούν πάνω σε καταστάσεις όπως:
Το χρώμα του LED έχει επίδραση στον χρόνο αντίδρασης
Υπάρχει διαφορά στον χρόνο αντίδρασης σε σχέση με το φύλλο?
Επηρεάζει τον χρόνο αντίδρασης το χέρι που θα χρησιμοποιήσω.
Το πείραμα αυτό είναι μια πρώτης τάξη ευκαιρία για να εξηγήσει ο καθηγητής έννοιες όπως το δείγμα, ικανοποιητικός αριθμός μετρήσεων σε ένα πείραμα, συνάψεις του εγκεφάλου κ.α
https://www.brianmac.co.uk/reaction.htm
ΤΑ ΥΛΙΚΑ
Arduino Uno
Διακόπτης
LED
ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ – ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ
Ο ΚΩΔΙΚΑΣ
https://github.com/avarv/parosrobo
ΤΟ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑ 1
Παίρνουμε κάποια άτομα τα οποία είναι διαφορετικής ηλικίας με διαφορά 5-10 χρόνια μεταξύ τους. Το κάθε άτομο θα πατήσει μια φορά το κουμπί ώστε να ενεργοποιηθεί το πρόγραμμα και θα το ξαναπατήσει όταν δει το λαμπάκι να ανάβει. Αυτή η διαδικασία θα επαναληφθεί τρεις φόρες για τον καθένα. Όταν ολοκληρωθεί το πείραμα καταγράφουμε τα αποτελέσματα μας στον επόμενο πινάκα.
| ΗΛΙΚΙΑ | 1η ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ | 2η ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ | 3η
ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ |
ΜΕΣΟΣ ΟΡΟΣ |
#3 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ
Η ΙΔΕΑ
Η μέτρησης με ακρίβεια της θέσης ενός σώματος σε κάποια χρονική στιγμή είναι πάντοτε απαιτητική διαδικασία.
Με τη βοήθεια ενός αισθητήρα υπερύθρων μπορούμε να βρίσκουμε την θέση ενός σώματος κάποια χρονική στιγμή και κατ’ επέκταση βασικά μεγέθη στη φυσική όπως ταχύτητα και επιτάχυνση.
ΤΑ ΥΛΙΚΑ
Arduino Uno – Αισθητήρας υπερήχων
ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ – Η ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ
Ο ΚΩΔΙΚΑΣ
https://github.com/avarv/parosrobo
ΤΑ ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1
Σε ένα κεκλιμένο επίπεδο τοποθετούμε δυο ξύλα παράλληλα μεταξύ τους στα όποια χωράει να κινείται μια σφαίρα. Τα ξύλα πρέπει να είναι τοποθετημένα στην άκρη του κεκλιμένου επίπεδου και ανάμεσα τους προσαρμόζουμε τον αισθητήρα απόστασης. Τοποθετούμε την σφαίρα έτσι ώστε να ακουμπά τον αισθητήρα και την θέτουμε σε κίνηση. Το πρόγραμμα του Arduino μετράει την απόσταση που απέχει η σφαίρα από τον αισθητήρα καθώς και τον χρόνο από την αρχή της κίνησης της. Καταγράφουμε τα αποτελέσματά μας στον ακόλουθο πίνακα:
| ΑΠΟΣΤΑΣΗ (σε cm) | ΧΡΟΝΟΣ(σε s) | Δx | Δt | ΤΑΧΥΤΗΤΑ(σε cm/s) |