Л.В.ПИГАЛИЦЫН,
г. Дзержинск, Нижегородская обл.

levp@rambler.ru
www.levpi.narod.ru

Компьютерная физическая лаборатория в летней физматшколе

Я хочу познакомить вас с деятельностью компьютерной физической лаборатории ЛФМШ, которая работала в летней физматшколе-2006 ИПФ РАН в рамках «НИИВсего» (см. № 10, 16/06). В первый день на лагерных стендах были опубликованы темы работ, броско и коротко учащимся сообщалось, что они могут сделать и чему научиться за сравнительно короткую лагерную смену. Например:

Далее привожу только предлагавшиеся темы.

2. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для исследования законов равнопеременного движения.

3. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для исследования колебаний математического маятника и определения напряжённости гравитационного поля Земли.

4. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки, позволяющей сделать компьютерную мини-метеостанцию (измерение температуры, влажности воздуха и скорости ветра).

5. Конструирование мобильной компьютерной мини-метеостанции на базе автомобиля, управляемого с ПК.

6. Конструирование установки типа Марсохода или Лунохода, управляемой по радио с клавиатуры ПК.

7. Конструирование установки для поиска кладов, металлических старинных предметов и неразорвавшихся боеприпасов на территории ЛФМШ, оставшихся со времён Великой Отечественной войны.

8. Конструирование уникального электромузыкального инструмента – терменвокса, названного в честь своего изобретателя Льва Сергеевича Термена. У этого инструмента нет ни струн, ни клавиш, звуки рождаются из воздуха при движении ваших рук!

9. Конструирование универсального прибора для измерения сопротивления, ёмкости конденсатора, температуры и освещённости. Подключается к GAME- или LPT-портам ПК.

10. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для измерения очень малых промежутков времени (например, времени соударения двух стальных шаров) с точностью до 0,000 000 1 с. Для этого придётся перепрограммировать таймер ПК, заставив его работать в 10 000 раз быстрее!

11. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для автоматического управления источниками света в нашем лагере и не только.

12. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для художественной галереи, которая поможет сохранить для наших потомков бесценные шедевры художников эпохи Возрождения, знаменитых русских и иностранных художников. Измерение влажности воздуха.

13. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для дачи – автоматизированный полив растений.

14. Конструирование подключаемой к GAME-порту ПК приборов (компьютерных линейки, штангенциркуля и транспортира) для измерения линейных и угловых величин.

15. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для звуковой локации (обнаружение различных предметов, а также измерение расстояния до них). Установка поможет слепым или слабовидящим людям ориентироваться в пространстве.

16. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для снятия вольт-амперных характеристик различных проводящих сред.

17. Конструирование подключаемой к LPT-порту ПК установки для регистрации радиоактивного излучения.

После выбора тем и формирования временных научно-исследовательских коллективов (ВНИК) для школьников был прочитан вводный курс лекций на темы: «Работа с портами ПК», «основы радиоэлектроники», «электронные датчики и их применение в физических исследованиях; пайка, монтаж и налаживание электронных схем». Затем во ВНИКах были распределены обязанности и составлены сетевые графики для проведения исследовательских работ.

В специальном помещении была оборудована компьютерная лаборатория: четыре места для монтажа и пайки макетных и печатных плат, два ПК для работы с портами, звуковой генератор, цифровой и аналоговый осциллографы, несколько цифровых мультиметров и блоки питания. Материальная база готовилась в ИПФ РАН и в нашей школе. Электронные компоненты (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, микросхемы, датчики и т.д.) подбирались с таким расчётом, чтобы их оказалось достаточно для реализации всех проектов.

Учащиеся выбрали проекты 2, 4–7, 14. Далее следовали шаги: разработка проекта в общем виде; разработка электрической схемы из стандартных блоков (усилителей низкой частоты, RC- и LC-генераторов, транзисторных ключей и т.д.); подбор деталей, макетирование и налаживание отдельных узлов конструкции; написание компьютерной программы для управления конструкцией с клавиатуры ПК на Бейсике, Паскале или Дельфи; окончательная сборка конструкции и отладка программного обеспечения; публичная защита проекта. Ежедневно проводились консультации. Через каждые два дня учащиеся в соответствии с сетевыми графиками отчитывались о проделанной работе. В случае необходимости их деятельность корректировалась.

Расскажем о некоторых проектах.

• Лобынцева Варвара и Бессонова Елена (11-й класс) работали над темой 14. Основой всех приборов был модуль сопряжения с GAME-портом ПК.

GAME-порт ПК

Один стандартный разъём этого модуля подключался к GAME-порту, а ко второму разъёму типа СГ-3 подключались измерительные приборы – линейка, штангенциркуль и транспортир. Их основой являлись резистивные датчики. На правой фотографии изображён электронный транспортир.

Электронный транспортир

Программное обеспечение для своих приборов девочки сделали на языке программирования Турбо Паскаль 7.0

 

• Глушихин Игнат и Гришин Антон (10-й класс) работали над проектом «Мобильная автометеостанция на автомобиле, управляемая с компьютера». Основой было шасси игрушечного электрифицированного автомобиля. На нём был установлен электронный блок управления электромоторами для движения вперёд-назад и вправо-влево.

Электронный блок управления

Управление производилось с клавиатуры ПК с помощью стандартных клавиш со стрелками. Блок управления подключался к выходам LPT-порта. После испытаний детали с макета переносились на печатную плату. Потом на шасси устанавливались датчики температуры, влажности, давления и анемометр с электронными преобразователями этих величин в частоту. Эта информация подавалась на входы LPT-порта. Программа для работы ПК с метеостанцией была написана на Турбо Паскале 7.0.

• Кашин Иван (10-й класс) разработал модуль сопряжения с ПК для наклонного жёлоба – для изучения законов кинематики и динамики. Модуль подключался к LPT-порту ПК. Программное обеспечение он написал на языке Дельфи, для чего пришлось использовать специальные библиотеки программ для работы в Windows.

• Интересной оказалась установка для управления автомобилем по радио с помощью ПК.

В конце лагерной смены прошла публичная защита конструкций – все учащиеся нашей лаборатории получили дипломы I степени.

Практически все учащиеся нашей школы, бывшие в ЛФМШ, продолжили свою работу, создавая более серьёзные установки и приборы для проведения физических экспериментов с помощью ПК.

Рабочий момент