Wystawa interaktywna o roboczym tytule „Ruch” – stanowiska

Wystawa interaktywna o roboczym tytule „Ruch” – stanowiska tematyczne
1. Sala ekspozycyjna „Kinematyka i dynamika ruchu prostego i złożonego”
L.p
Temat stanowiska
1.
Ruch obrotowy
2.
Ruch falowy
3.
Ruch po równi
pochyłej
4.
Ruch po okręgu
5.
Ruch wahadła
matematycznego
6.
Wahadło fizyczne,
zderzenie
doskonale
sprężyste i rzut
poziomy
Opis stanowiska
Stanowisko składa się z silnika elektrycznego, który rozkręca koło ze stali
o dużym momencie bezwładności do prędkości kątowej rzędu 1500
obr./min. Wartość prędkości mierzona jest za pomocą stroboskopu. Po
przyłożeniu znanej siły do hamulca szczękowego i wyłączeniu silnika,
następuje zwolnienie obrotów aż do momentu zatrzymania.
Na stanowisku można wyznaczać parametry ruchu poprzez pomiar
prędkości początkowej i czasu ruchu.
Stanowisko składa się z rury rezonansowej Kundta wypełnionej wodą
i zamkniętej tłokiem.
Na stanowisku obserwować można interferencję przeciwbieżnych fal
dźwiękowych. Poprzez zmianę częstotliwości generatora, można
doprowadzić do powstania fali stojącej, co objawia się zwiększeniem
głośności oraz powstaniem fontanny kropelek wody w miejscach strzałek
fali.
Podstawą pokazu na stanowisku jest równia pochyła o dwóch
równoległych torach umożliwiających ruch z tarciem i bez tarcia.
Rejestracja doświadczenia za pomocą kamery pozwala na dokonanie
analizy ruchu. Można obserwować rozkład sił występujących na równi
z tarciem w przypadku statycznym oraz opis ruchu przyspieszonego
z tarciem i bez tarcia dla różnych kątów równi.
Ruch po okręgu obrazowany jest za pomocą piłeczki gumowej
umocowanej za pomocą sznurka do rączki. Piłeczka wprawiana jest w
ruch po okręgu, w płaszczyźnie pionowej (ruch po okręgu) oraz poziomej
(ruch harmoniczny).
Rejestracja doświadczenia za pomocą kamery pozwala na dokonanie
analizy ruchu. Doświadczenie umożliwia obserwację oraz wyznaczenie
parametrów ruchu takich jak: siła dośrodkowa i odśrodkowa, prędkość,
prędkość
kątowa,
przyspieszenie
dośrodkowe,
okres
drgań,
siła/przyspieszenie chwilowe, zależność parametrów ruchu od czasu.
Stanowisko składa się z piłki zawieszonej na sznurku i wprawianej w ruch
wahadłowy. Rejestracja doświadczenia za pomocą kamery pozwala
na dokonanie analizy ruchu. Doświadczenie umożliwia obserwację oraz
wyznaczenie parametrów ruchu takich jak: siła, prędkość kątowa,
przyspieszenie dośrodkowe, zależność parametrów ruchu od czasu.
Stanowisko składa się z wahadła fizycznego (pręt zakończony kulką).
Układ wahadła fizycznego objaśnia zagadnienia niezależności ruchów,
ruchu w polu sił zachowawczych oraz zasadę zachowania energii
mechanicznej i zasadę zachowania pędu.
Wykaz stanowisk
7.
Paradoks
swobodnego
spadku
8.
Uginający się
most
Stanowisko zbudowane jest z ruchomego ramienia (dł. 1m) o zmiennym
kącie nachylenia oraz z dwóch pojemników zamocowanych na ramieniu
w pewnej odległości od siebie. W jednym z pojemników znajduje się kulka.
Poprzez zwolnienie blokady ramienia kulka spada swobodnie. Ruch kulki
i ramienia rejestruje szybka kamera cyfrowa umożliwiająca analizę obrazu.
Stanowisko prezentuje swobodny spadek ciał w polu grawitacyjnym Ziemi
oraz ruch po okręgu dla bryły sztywnej.
Stanowisko składa się z deski zamocowanej na dwóch podpórkach,
z silnika elektrycznego z kontrolowaną częstotliwością obrotów, atrapy
człowieka, szybkiej kamery umożliwiającej rejestracje wychyleń deski
z położenia równowagi oraz komputera do analizy zdjęć poklatkowych.
Stanowisko prezentuje zjawisko rezonansu mechanicznego i umożliwia
obserwację skutków tego rezonansu.
2. Sala ekspozycyjna „Ruch wody i w wodzie”
L.p
Temat
stanowiska
1.
Badanie
powierzchni dna
akwenów
2.
Hydrauliczny
podnośnik
3.
Tor z cieczą
4.
Sprawność
turbiny wodnej
Opis stanowiska
Stanowisko jest modelem pozwalającym na przeprowadzenie w skali
laboratoryjnej badania za pomocą skanowania powierzchni dna ukrytego
pod warstwą wody. Przedmiotem badań jest model morza, czyli akwarium
z bogato ukształtowanym dnem. Na krawędziach akwarium umieszczone są
dwie prowadnice, po których można przesuwać suwnicę/prowadnicę
z laserowym detektorem odległości (dalmierz). Przesuwany po powierzchni
wody dalmierz (z interfejsem) przesyła w sposób ciągły informacje
o głębokości do komputera. Po wykonaniu serii doświadczeń można
wyrysować obraz dna akwarium. Kompletny wynik otrzymamy
po wyznaczeniu i uwzględnieniu współczynnika załamania światła w wodzie.
Układ składa się z gumowej poduszki napełnionej wodą i podłączonej
do ruchomego podwieszonego zbiornika z wodą. Na poduszce znajduje się
znaczny ciężar, który jest podnoszony poprzez zwiększenie ciśnienia
w poduszce.
Stanowisko jest przykładem wykorzystania prawa Pascala do podnoszenia
dużych ciężarów. Pomiar odpowiednich wysokości umożliwia ocenę
ilościową doświadczenia.
Stanowisko zbudowane jest jako zamknięty obieg wodny napędzany pompą
obiegową o 3 różnych prędkościach przepływu. Regulacja prędkości
przepływu cieczy przez rury o różnej średnicy pozwala na uzyskanie
przepływu laminarnego lub turbulentnego. Czujniki umieszczone
w miejscach o różnych średnicach przekroju obrazują prędkość przepływu.
Tor pracuje jak układ połączonych ze sobą zwężek Ventouriego. Na końcu
toru znajduje się turbina wytwarzająca moc zależną od prędkości przepływu.
Układ przedstawia przepływy laminarne i turbulentne oraz ukazuje działanie
prawa Bernoulliego.
Stanowisko zbudowane jest z pompy wodnej dźwigniowej, która
umieszczona jest przy zbiorniku z wodą, połączonej z multimetrem
i stoperem.
Stanowisko prezentuje złożone zagadnienie konwersji energii oraz
Wykaz stanowisk
sprawności przy pomocy prostych urządzeń w postaci zbiornika i pomp
wodnych wykorzystywanych obecnie turbin wodnych.
Na stanowisku można określić sprawność pompy wodnej na podstawie serii
pomiarów oraz straty powstałe na poszczególnych etapach konwersji
energii.
3. Sala ekspozycyjna „Ruch gazów i w gazach”.
L.p
Temat stanowiska
1.
Tor
aerodynamiczny
2.
Komora
3.
Energetyczny
wiatr
5.
Pomiar oporu
różnych obiektów
dla ruchu
powietrza
6.
Próżnia i dźwięk
Opis stanowiska
Stanowisko zbudowane jest z tunelu powietrznego ze zmienną prędkością
strumienia gazu. W tunelu umieszczone 4 elementy o różnych kształtach
(obracający się na osi walec, model domu z ruchomym dachem, model
skrzydła samolotu i rurka Prandtla), podłączone do siłomierza.
Na stanowisku istnieje możliwość zobrazowanie sił Magnusa, sił
zrywających dach, ocenę działania siły nośnej w zależności od geometrii
obiektu oraz pomiar prędkości strumienia powietrza.
Stanowisko składa się z pojemników zamkniętych tłokami, czujników
elektronicznych i paneli do wyświetlania danych. Cały eksponat sterowany
jest za pomocą aplikacji komputerowej.
Przez odpowiednie ustawienie aparatury możliwe jest przeprowadzenie
wybranej przemiany gazowej. Wszystkie parametry gazu w pojemnikach
sczytywane są przez czujniki elektroniczne oraz wyświetlane na panelach
umieszczonych na pojemnikach. Na stanowisku możliwa jest obserwacja
parametrów (ciśnienie, temperatura i objętość) gazu zamkniętego
w pojemniku oraz sprawdzenie w jaki sposób te parametry zależą
od siebie.
Stanowisko służy do badania oporu ruchu powietrza dla różnych obiektów.
Podstawą stanowiska jest dmuchawa generująca odpowiedni strumień
powietrza oraz obiekt np. żaglówka mieczowa z zamontowanymi dwoma
wzajemnie prostopadłymi siłomierzami np. na burcie i rufie. Dzięki takiemu
układowi można zmierzyć działanie wiatru na żagiel przy jego różnym
ustawieniu.
Pomiar można wykonać dla różnych kierunków ustawienia żagla
względem wiatru. Łatwa wymiana żaglówki na model wieżowca umożliwia
pomiar sił działających na budynek w zależności od kierunku i siły wiatru.
Stanowisko zbudowane jest z trzech modeli elektrowni o średnicy łopat
wirnika ok. 20 cm o różnej konfiguracji płatów wirnika: 3 płatowy układ
poziomy, 6 płatowy układ poziomy i pionowy wirnik oraz dmuchawy.
Modele – generatory prądu połączone są z odbiornikiem prądu
i miernikami napięcia oraz natężenia prądu.
Stanowisko służy do badania wydajności elektrowni wiatrowych o różnych
kształtach wirnika.
Stanowisko zbudowane jest z klosza, pod którym znajduje się urządzenie
emitujące fale dźwiękowe słyszalne dla ucha ludzkiego np. odbiornik
radiowy. Klosz zaopatrzony jest w dwa zaworki, za pomocą których
można regulować wartość ciśnienia pod kloszem.
Stanowisko służy do sprawdzenia zależności prędkości rozprzestrzeniania
Wykaz stanowisk
się fali dźwiękowej w ośrodku jakim jest powietrze o określonej wartości
ciśnienia.
4. Sala ekspozycyjna „Ruch w skali Kosmosu i w skali Ziemi”.
L.p
Temat
stanowiska
1.
Szybkie cząstki
– mieszkańcy
Ziemi
i przybysze z
Kosmosu
2.
Komety, satelity
i sondy
kosmiczne w
Układzie
Słonecznym
oraz w pobliżu
czarnej dziury
Opis stanowiska
Stanowisko to profesjonalna komora mgłowa, w której będzie można
zobaczyć ślady cząstek promieniowania tła oraz promieniowania
wywołanego przez preparat promieniotwórczy. Przykładając jednorodne pole
magnetyczne można uzyskać podstawowe informacje o ich stosunku
ładunku do masy i prędkości.
Stanowisko zbudowane jest z okrągłego stołu o średnicy 200 cm, na którym
wyświetlane będą odpowiednie zdjęcia układu słonecznego lub jego
elementów z rzutnika umieszczonego nad stołem. Sterowanie kierunkiem
i prędkością obiektu w kształcie kuli za pomocą ruchów dłoni pozwala
wprawić obiekt (sondę kosmiczną lub kometę) w ruch. Komputer, na bazie
prawa ciążenia lub ogólnej teorii względności, w czasie rzeczywistym oblicza
położenie, działające siły i prędkość obiektu.
Celem stanowiska jest pokazanie ruchu obiektów bez napędu, np. komety,
asteroidy, sondy kosmicznej w układzie Słońce-Ziemia-Jowisz, ZiemiaWenus, Księżyc-Ziemia i podróż w pobliżu czarnej dziury.
5. Sala ekspozycyjna „Ruch w mechanice”
L.p
Temat
stanowiska
1.
Egzoszkielet dla
wędkarza
2.
Doświadczenie z
maszynami
prostymi 1
3.
Doświadczenie z
maszynami
Opis stanowiska
Podstawą stanowiska jest model wędkarza wyposażony w nie tylko
w wędkę. Działanie stanowiska polega na pokazaniu, jak można
wspomagać proces łowienia za pomocą licznych siłowników i czujników
sterowanych ręcznie z pulpitu sterowniczego. Siłowniki sterowane są
z konsoli za pomocą manipulatorów i przycisków.
Ideą stanowiska jest zapoznanie się z działaniem różnych siłowników
i czujników (pneumatyczny, hydrauliczny, i elektryczny liniowy oraz
elektromagnes) na przykładzie trochę abstrakcyjnego zastosowania.
Stanowisko umożliwia zapoznanie się ze zjawiskiem przetwarzania energii
czynnika roboczego na ruch siłowników tłokowych oraz zamiany energii
elektrycznej na energię ruchu aktuatora liniowego, na energię
oddziaływania elektromagnetycznego oraz na energię ruchu obrotowego.
Stanowisko tworzą układy zawierające wynalazki Leonardo da Vinci. Układ
składa się z ciężaru podnoszonego na pewną wysokość za pomocą korby
z mechanizmem zębatkowym i bloczków. Opadanie ciężaru powoduje
napędzanie młota i zużywanie przez niego energii. Wynikiem
doświadczenia na stanowisku będzie ocena przełożeń poszczególnych
przekładni oraz oszacowanie wydajności energetycznej układu.
Stanowisko to układ do pomiaru wytrzymałości drutu na rozciąganie
zbudowany na bazie wynalazków Leonardo da Vinci. Głównym elementem
Wykaz stanowisk
prostymi 2
układu jest przekładnia ślimakowa napędzana korbą.
Pomiar maksymalnego rozciągnięcia sprężyny pozwoli
wytrzymałości badanego drutu na zerwanie.
na
ocenę
6. Sala ekspozycyjna „Ruch zdalnie kierowany i automatyczny”.
L.p
Temat stanowiska
1.
Zaprogramowane
ramię robota 6A1 i
programowanie
ramienia robota
6A2
2.
Autonomiczna i
automatyczna
rozgrywka
Opis stanowiska
Podstawą działania stanowiska są dwa roboty o budowie ramienia
mechanicznego wyposażonego w chwytak. Jedno ramie jest
zaprogramowane przez specjalnie opracowany program i realizuje
określone zadania. Drugie ramię może być ręcznie zaprogramowane na
daną sekwencje ruchów.
Stanowisko zakłada pokazanie możliwości automatycznego wykonywania
zaprogramowanego uprzednio zadania przez robota.
Podstawą stanowiska jest system pozwalający rozegrać mecz piłkarski
robotom z serii soccer-robot. Oprócz czystej gry będzie można zmieniać
wartości parametrów, którymi kierują się roboty. Umożliwi to obserwację,
jak parametry automatycznego działania wpływają na wynik końcowy
meczu.
7. Sala ekspozycyjna „Ruch w biologii i biochemii”
L.p
Temat
stanowiska
1.
Badanie
prędkości
przepływu krwi w
naczyniach
krwionośnych
2.
Badanie
szybkości reakcji
na bodźce
świetlne
3.
Zasada
poruszania się
organizmów
żywych
wyższych rzędów
Opis stanowiska
Podstawą stanowiska będzie profesjonalny dopplerowski analizator
prędkości przepływu krwi. Wykorzystanie efektu Dopplera polega
na analizie zmian częstotliwości fali odbitej co pozwala na ocenę prędkości
przemieszczania się płynów ustrojowych. Elementami stanowiska jest
również model krwionośny człowieka oraz plansza wyjaśniająca zasadę
działania aparatu dopplerowskiego.
Część A - stanowisko bada szybkość własnych reakcji na bodziec świetlny
w układzie trzech włączających się w sposób przypadkowy świateł
i przycisku. W ten sposób mierzy się czas trwania zdarzenia od chwili
powstania bodźca do chwili reakcji.
Część B - stanowisko wykorzystuje pupilometr wykorzystujący służący
do pomiaru reakcji źrenicy oka na impulsową zmianę natężenia światła
poprzez rejestrację za pomocą kamery i analizę obrazu za pomocą
programu oraz szybką wizualizację i obliczenie podstawowych parametrów.
Ważnym elementem dydaktycznym stanowisk jest wprowadzenie podstaw
analizy statystycznej wielu czynników tego samego zdarzenia.
Stanowisko składa się z ramienia stalowego przypominającego ramię
człowieka oraz platformy na obciążniki. Jest to mechaniczny model
ramienia, którego najważniejszym elementem jest mięsień powietrzny
(zwany mięśniem McKibben’a).
Stanowisko umożliwia określenie pracy wykonywanej przy unoszeniu
ciężaru na pewną wysokość, wyliczenie obciążenia ścięgna i sprawdzenie
Wykaz stanowisk
poprawności wyliczeń z wartością zmierzona czujnikiem, obliczenie
momentów sił w układzie oraz obliczenie siły generowanej przez mięsień
i dopasowanie odpowiedniego przekroju mięśnia naturalnego do danego
eksperymentu.
8. Sala ekspozycyjna „Ruch chaotyczny w ujęciu termodynamiki”
L.p
Temat stanowiska
1.
Doświadczenie
Bernarda
2.
Wahadło
magnetyczne
3.
Generator liczb
losowych
4.
Kulki metalowe
w pudle
5.
Układ mikroskop/
ekran komputera
6.
Układ wzmacniacz/
komputer
7.
Przewodnictwo
ciepła
Opis stanowiska
Doświadczenie jest dobrym pokazem chaosu wywołanego różnicą
temperatury w cieczy poprzez wywołanie gradientu temperatury
pomiędzy górną i dolna podstawą w zamkniętym pojemniku.
Zwiększając od zera gradient temperatury obserwuje się stopniowe
przejście od przewidywalnego zachowania do chaotycznego ruchu
konwekcyjnego.
Stanowisko pokazuje widowiskowy obraz chaosu oraz umożliwia
pomiar temperatury górnej podstawy, pokazując jej fluktuacje
(przypadkowe zmiany).
Stanowisko zbudowane z zawieszonego magnesu (wahadło-ok.2 m
długości) oraz 4 magnesów w specjalnej geometrii w centralnym
punkcie podstawy. Stanowisko obrazuje silne oddziaływania
odpychająco/przyciągające między wahającym się magnesem
a magnesami podłoża, co powoduje efekt przypadkowości
w uzyskanym kierunku drgań wahadła. Układ daje możliwość oceny
częstotliwości występowania danego kierunku przypadkowych drgań.
Stanowisko składa się z generatora liczb losowych „zegar”, który
po odpowiednim oprogramowaniu wygeneruje sześć liczb losowych
z zakresu od 1 do 49. Stanowisko zbudowane na bazie komputera allin-one powieszonego na ścianie z dostępem do Internetu. Jest
to klasyczny przykład zastosowania generatora liczb pseudolosowych.
Stanowisko składa się z modelu w postaci czworobocznego pudełka
o wibrujących ściankach. W pudełku znajdują się kulki stalowe, które
w wyniku drgań ścianek pudełka wykonują ruchy podobne do ruchów
Browna. Stanowisko umożliwia symulację ruchów Browna.
Obserwacja ruchów Browna w cieczy na dużym ekranie po włożeniu
preparatu do mikroskopu/kamery o powiększeniu ok. 100x.
Stanowisko składa się z układu wzmacniacza (o małych szumach)
połączonego z komputerem/oscyloskopem (do pokazu szumów
termicznych powstających w rezystorach). Stanowisko umożliwia
badanie szumu opornika i wzmacniacza.
Stanowisko pozwala zaobserwować, w jaki sposób materiały
stosowane powszechnie w budownictwie (np. płyta gipsowokartonowa, styropian, szkło, drewno, cegła) przewodzą ciepło.
Do pudełek zbudowanych z różnych materiałów dostarczana jest
w sposób ciągły jednakowa ilość energii cieplnej w jednostce czasu.
Po pewnym czasie nastąpi równowaga termodynamiczna. W przekroju
poprzecznym powstanie gradient temperatury przy czym w zależności
od rodzaju materiału rozkład gradientu temperatury będzie inny.
Wykaz stanowisk
8.
Ruch chaotyczny
termodynamiczny
Oznacza to, że materiał lepiej lub gorzej przewodzi ciepło.
Pomiar temperatury na ściankach materiału umożliwi ocenę wartości
przewodnictwa cieplnego poszczególnych materiałów
Stanowisko zbudowane jest z modelu rzeczywistego naczynia
n-molekuł, które mają symulować gaz doskonały.
Zmiany temperatury oraz symulacja oddziaływania grawitacyjnego
powoduje ruch cząstek, który jest rejestrowany i analizowany
komputerowo celem wyznaczenia parametrów właściwych dla danego
„stanu termodynamicznego”, włącznie z wyznaczeniem i testowaniem
rozkładu Maxwella prędkości drobin w gazie testowym.
9. Sala ekspozycyjna „Zarządzanie ruchem oraz pojęcie dynamiki w procesach
biologicznych, fizycznych i technicznych”.
L.p
1.
2.
Temat
stanowiska
Ruch pakietów
danych w sieci
i analiza ruchu
informacji na
przykładzie
jednego obiektu
Analiza ruchu
statków
powietrznych w
europie i statków
nawodnych
w Zatoce
Gdańskiej
Opis stanowiska
Stanowisko zbudowane jest z dwóch komputerów: jeden komputer
obsługuje programy śledzenia informacji, drugi komputer służy do zbierania
i wizualizacji danych. Stanowisko to centrum dowodzenia, gdzie na dużych
monitorach będzie wyświetlany aktualny stan ruchu informacji w sieci
Internetu. Po wysłaniu pakietu informacji na znane adresy www serwerów,
program śledzi pakiety i pokazuje na mapie świata drogę i szybkość
przekazywania informacji i wizualizację aktualnego ruchu w sieci.
Stanowisko zbudowane jest z dwóch komputerów: jeden komputer
obsługuje programy śledzenia informacji, drugi komputer służy do zbierania
i wizualizacji danych.
Stanowisko to centrum dowodzenia, gdzie na dużych monitorach będzie
wyświetlany aktualny ruch samolotów w dowolnym miejscu przestrzeni
Europy w tym Polski, lub statków w Zatoce Gdańskiej.
Pozwoli to na określenie natężenia ruchu nad wybranym obszarem,
na przeprowadzenie analizy statystycznej prędkości i wysokości lotów
samolotów oraz pozwoli określić dynamikę zmian natężenia lotów
w zależności od dnia i pory roku. Druga możliwością jest obserwacja ruchu
statków w Portach Gdyni i Gdańska oraz na Zatoce Gdańskiej.
Wykaz stanowisk