Experimenty se �Vzduchovou dr�hou� p�ipojenou na PC
Tom� Novotn�, Franti�ek �pul�k
V roce 1988 za�aly vyr�b�t U�ebn� pom�cky n�rodn� podnik Bansk� Bystrica troj�rozm�rnou u�ebn� pom�cku �Vzduchov� dr�ha�, kter� je sou��st� souboru pom��cek, obsahov� zam��en�ch na kvantitativn� demonstra�n� experimenty z oblasti me�chaniky. Souprava byla p�ipojiteln� na tehdy jedin� ve �kol�ch v �R hromadn� vy�u��van� po��ta� IQ 151. Vzhledem k zastaralosti po��ta�e IQ 151, kter� je v sou�asn� dob� sv�m mal�m v�konem, poruchovost� bez mo�nosti zaji�t�n� servisu a nekom�fortnost� obsluhy a zobrazov�n� v�sledk� nevyhovuj�c�, jsme se rozhodli zachovat vzduchovou dr�hu (kterou ji� vlastn� mnoho �kol v �esk� i Slovensk� republice) v p�vodn�m stavu a zam�nit po��ta� IQ 151 za po��ta� typu IBM PC.
obr. 1: Sch�ma p�ipojen� �Vzduchov� dr�hy� k po��ta�i PC
Toto �e�en� umo�n� mnoha �kol�m vyu��vat po zakoupen� karty DT do po��ta�e a softwaru �DR�HA� st�vaj�c� �Vzduchovou dr�hu� (kter� v�t�inou le�� nevyu�ita v kabinetech fyziky) za zlomek ceny, kterou by zaplatily za po��zen� kompletn� ex�periment�ln� soupravy. V �R toti� v sou�asn� dob� analogickou u�ebn� pom�cku nikdo nevyr�b� a cena obdobn� soupravy nakoupen� v zahrani�� dosahuje ��dov� vy��� ceny (okolo 80 000 K�).
Komunikace s po��ta�em je zaji�t�na pomoc� speci�ln� karty DT, kterou lze napojit na libovoln� po��ta� typu PC. Minim�ln� hardwarov� n�roky jsou: mikroprocesor t��dy 286, 2 MB RAM, co� spl�uje naprost� v�t�ina po��ta�� na na�ich �kol�ch. Dr�ha m��e b�t s po��ta�em propojena stabiln�, proto�e nezab�r� m�sto (s�riov� ani pa�raleln� porty) ostatn�m perif�ri�m (nap�. tisk�rna). S kartou je dod�v�n i pot�ebn� software, jen� pracuje pod prost�ed�m Windows 3.1. Ovl�d�n� programu je podobn� jako u ostatn�ch aplikac�, a proto nebude �init u�itel�m ani ��k�m pot�e. V progra�mu je p�ednastaveno 13 z�kladn�ch pokus� z oblasti kinematiky p��mo�ar�ho pohy�bu hmotn�ho bodu (tuh�ho t�lesa):
P1:���� Pohyb rovnom�rn�
P2:���� Pohyb nerovnom�rn�
P3:���� Pr�m�rn� rychlost
P4:���� Okam�it� rychlost
P5:���� Pr�m�rn� zrychlen�
P6:���� Okam�it� zrychlen�
P7:���� Pohyb rovnom�rn� s nulov�mi po��te�n�mi podm�nkami
P8:���� Pohyb rovnom�rn� s nenulov�mi po��te�n�mi podm�nkami
P9:���� Rovnom�rn� zrychlen� pohyb s nulov�mi po��te�n�mi podm�nkami
P10:�� Rovnom�rn� zrychlen� pohyb s nenulov�mi po��te�n�mi podm�nkami
P11:�� Pohyb rovnom�rn� zpomalen�
P12:�� Voln� p�d � pohyb rovnom�rn� zrychlen�
P13:�� Voln� p�d � t�hov� zrychlen�
U�ivatel si m��e ov�em navolit jin� experiment a sv� vlastn� nastaven� si ulo�it pro dal�� vyu�it�. Program automaticky kontroluje, zda nastaven� odpov�d� typu experi�mentu a v p��pad� nesrovnalost� ozn�m� toto zji�t�n� u�ivateli. Rovn� je zkontrolo�v�na funk�nost v�ech �idel, aby nemohlo doj�t k nespr�vn�mu proveden� experi�mentu �i zablokov�n� po��ta�e.
obr. 2: Nastaven� parametr� pokusu P10
Po uskute�n�n� m��en� program zobraz� tabulku s nam��en�mi hodnotami a dal��mi vypo�ten�mi fyzik�ln�mi veli�inami (rychlost a zrychlen�).
obr. 3: Tabulka s v�sledky m��en�
U�ivatel m� mo�nost si tak� zobrazit grafy z�vislosti dr�hy, rychlosti a zrychlen� na �ase a nam��en� hodnoty porovnat s ide�ln�m pr�b�hem, kter� je ur�ov�n na z�kla�d� platn�ch fyzik�ln�ch vztah� p�i znalosti pr�m�rn�ho zrychlen�.
obr. 4: Graf z�vislosti dr�hy na �ase
Program je p�izp�soben i k veden� protokolu a fyzik�ln�m m��eni p�i pr�ci ��k� na laboratorn�ch �loh�ch. Karta DT nen� v�z�na pouze na pou�it� se soupravou Vzdu�chov� dr�ha. Kartu lze pou��t na sp�n�n� libovoln�ho obvodu s nap�t�m 5 V a prou�dem do 5 A a k sou�asn�mu na��t�n� osmi nez�visl�ch digit�ln�ch veli�in z libovol�n�ch sn�ma��. Bli��� informace o mo�nosti p�ipojen� Va�� �Vzduchov� dr�hy� a de�monstra�n� verzi programu m��ete z�skat na adrese � RNDr. Franti�ek �pul�k, Pe�dagogick� fakulta JU, Jeron�mova 10, 371 15 �esk� Bud�jovice. P�edpokl�dan� cena karty DT (v�etn� propojovac�ho kabelu), software (plus manu�l) a souboru metodic�k�ch n�vod� na experimenty je 7000�12000 K� (podle proveden� karty DT).
Z�v�rem lze ��ci, �e experiment�ln� souprava Vzduchov� dr�ha s p�ipojen�m na PC je didakticky vhodn�m experiment�ln�m za��zen�m pro vyu�ov�n� kinematiky hmot�n�ho bodu a tuh�ho t�lesa na st�edn�ch �kol�ch. Proto se p�edpokl�d�, �e bude vy�u��van� ve vyu�ov�n� fyziky v pln�m rozsahu. Z odborn� metodick�ho hlediska maj� experimenty na Vzduchov� dr�ze zna�n� vysokou ��innost z toho d�vodu, �e v�echny demonstrovan� pohyby jsou p��mo a bez �asov�ch ztr�t vyhodnocovan� kvantitativn� formou tabulek a graf�, co� dosud ��dn� (pro �koly finan�n� dostup�n� pom�cka), zam��en� na uveden� tematick� celek, neumo��ovala.