Деякі перспективи реалізації модельних експериментів на комп’ютері та створення віртуальних лабораторних практикумів із фізики

•розробка віртуальних вимірювальних пристроїв.

Створення системи завдань для практикуму. При створенні системи завдань для практикуму треба передбачити їх сполучення таким чином, щоб вони розмістилися в порядку ускладнення. Необхідно підібрати завдання так, щоб кожне наступне було прямим ускладненням попереднього і виконання наступного завдання відбувалося на основі виконаного попереднього. Це збігається з систематизацією завдань у фізиці, адже велика кількість фізичних процесів розглядається в порядку першого, другого і так далі наближення [1; 2; 3].

Передбачається, що система завдань для практикуму буде не лінійною низкою завдань, а двомірною деревоподібною структурою, коли одне просте завдання може стати родоначальником кількох більш складних.

Системи завдань для різних практикумів можуть частково доповнювати один одний.

Враховуючи вищесказане, наведемо приклад поступової деталізації завдань для моделювання в механіці і їх зв’язок з іншими розділами фізики. Початковий фрагмент системи завдань з механіки може включати:

-рівномірний прямолінійний рух тіла по екрану вздовж його краю;

-рівномірний прямолінійний рух тіла в будь-якому заданому напрямі з будь-якою заданою швидкістю;

-рух тіла до і після зіткнення з перешкодою;

-рівноприскорений (рівносповільнений) рух тіла;

-коливання пружинного маятника;-рух тіла, кинутого під кутом до горизонту;

-рух математичного маятника.

У молекулярній фізиці завдання про рух тіла до і після зіткнення з перешкодою може мати кілька продовжень. Зокрема, якщо помістити рухому точку (молекулу) в прямокутник, що імітує герметичну посудину, і врахувати можливість її пружного відбиття від перешкоди, то можна буде моделювати процес руху однієї молекули ідеального газу. Якщо збільшити кількість молекул, надати кожній з них випадковий напрям руху, врахувати розподіл їх за швидкостями, то можна отримати модель ідеального газу.

Завдання про рух тіла до і після зіткнення з перешкодою може мати продовження і в оптиці, це – відбивання, заломлення світла на межі двох середовищ. Доповнення ще однієї межі розділу дає можливість розглядати проходження світла через плоскопаралельну пластинку, призму. Зміна геометрії межі дозволить імітувати проходження світла через різноманітні лінзи.

Розробка віртуальних фізичних об’єктів. При програмній реалізації компонентів, які виконують роль віртуальних фізичних об’єктів, необхідно враховувати наступне.

Палітра компонентів фізичного практикуму повинна бути повна, тобто кількість компонентів достатня для реалізації широкого кола стандартних фізичних демонстраційних навчальних експериментів.

Кожен конкретний компонент повинен мати таблицю властивостей, що коректно описує його фізичний стан, розмір і розташування.

Компоненти повинні мати можливість динамічно змінювати свої властивості під час модельного експерименту.

Таблиці властивостей кожного компоненту повинні бути продумані з точки зору зручності використання при настроюванні віртуального модельного експерименту і його проведення. Саме сукупність цих таблиць задає вхідні і поточні параметри модельного експерименту.

Доступ до даних у таблиці властивостей повинен бути реалізований так, щоб у ній була можливість змін, як редагуванням за допомогою клавіатури, так і за допомогою миші. Наприклад, зміна мишею розмірів віртуального фізичного об’єкта на екрані, повинна привести до зміни його розміру в таблиці властивостей.