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

Паралельно з таблицею властивостей компонента повинна існувати таблиця подій. У цій таблиці зарезервовані можливості взаємодії окремих віртуальних фізичних об’єктів між собою і втручання в хід модельного експерименту за допомогою миші або клавіатури.

Необхідно також розробити методи впливу об’єктів один на одного. Саме останні два пункти резервують можливість динамічної взаємодії окремих об’єктів.

Наприклад, якщо об’єкт “промінь”, що розповсюджується в об’єкті “оптично-однорідне середовище” перетинається з об’єктом “плоско-паралельна пластинка”, то відбувається подія попадання променя на пластину. Внаслідок цього відбувається відбиття від кожної границі пластини і заломлення. Відбиття і заломлення – це методи зміни напрямку руху променя. Вигляд об’єкта “промінь”, тобто кути заломлення і відбивання, залежать від властивостей інших об’єктів, зокрема їхнього взаємного розташування. На просторове розташування променя впливають також показники заломлення середовища, пластини, частота світла і кут падіння променя.

Слід відмітити, що деякі віртуальні фізичні об’єкти (компоненти моделі), можуть застосовуватись у різних розділах фізики. Так, наприклад, кулька, що рухається по екрану, потрапляє на перешкоду, і після зіткнення відбивається від неї, може імітувати:

•з одного боку, відбиття механічної кулі від перешкоди;

•з другого боку, відбиття молекули ідеального газу від стінки посудини;

•з третього боку, відбиття корпускули від дзеркала.

Алгоритм, який описує рух цих об’єктів та їх взаємодію з відповідними фізичними середовищами, однаковий. При моделюванні ми повною мірою абстрагуємося від фізичної суті об’єктів та середовищ, де відбувається взаємодія.

Для апробації ідеї швидкої постановки модельних експериментів з екранною імітацією в реальному часі був створений віртуальний практикум з “Геометричної оптики”.

Специфіку використання програм такого типу розглянемо на прикладі реалізації ідеї віртуального фізичного експерименту – про-ходження світлового променя через дві тонкі лінзи.

Порядок роботи з практикумом такий.

Стрілкою-маніпулятором вибираємо пот-рібні компоненти оптичної схеми на панелі компонентів (таблиця 1) і перетаскуємо їх у поле, де відбувається моделювання. Масшта-буємо компоненти.

Стрілкою-маніпулятором вказуємо нап-рям розповсюдження світла. Для цього тягне-мо лінію, що виконує роль променя світла, від джерела через оптичний елемент (через першу лінзу, рис. 1 А).

Далі програма сама будує відхилення пучка світла на першій і другій лінзі. Відхилення світла – це результат його взаємодії з лінзами.

Напрям розповсюдження світла може бути довільний. Якщо віртуальний промінь проходить через віртуальний оптичний елемент, то він змінює свій напрям (рис. 1 Б.)Треба ще раз відмітити, що, крім панелі компонентів і робочого поля, існує необ-хідність у таблиці властивостей компо-нента. Властивості компонентів, наприк-лад, для призми, включають: розмір, коор-динати на екрані, показник заломлення для тієї частоти світла, з якою ми проводимо модельні експерименти. У цій таблиці знаходяться параметри компонента (вір-туального оптичного елемента), які в числовій формі показують його влас-тивості. Параметри компонента можуть бути внесені в таблицю як при візуальній роботі мишею (наприклад, при розта-шуванні, або масштабуванні), так і безпо-середньо, набором або редагуванням у таблиці. Таблиця включає також і пара-метри, що не можуть бути настроєні мишею. Прикладом, такого параметра є, зокрема, показник заломлення.

На рис. 2 показано заломлення призмою монохроматичних променів двох різних частот.