Προσομοιώσεις Φυσικών φαινομένων για εκπαιδευτική χρήση.
Στη σελίδα αυτή θα υπάρχουν προσομοιώσεις που σχετίζονται με τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών. Οι προσομοιώσεις μπορούν να αποτελέσουν ισχυρό διδακτικό εργαλείο ειδικά στην περίπτωση όπου τα φαινόμενα για διάφορους λόγους είναι πολύ δύσκολο ή και αδύνατο να μελετηθούν από τους μαθητές στο πραγματικό εργαστήριο.
1. Διάδοση εγκάρσιου αρμονικού κύματος
3. Στάσιμο κύμα (από ανάκλαση)
4. Επαλληλία κυμάτων διαφορετικών συχνοτήτων
1. Διάδοση εγκάρσιου αρμονικού κύματος
Στην προσομοίωση παρουσιάζεται η διάδοση εγκάρσιου αρμονικού κύματος σε ελαστική χορδή. Μπορείτε να επιλέξετε μεταξύ δύο τιμών συχνοτήτων με λόγο 1:2. Επιλέγοντας κάποιο απο τα καθορισμένα σημεία της χορδής εμφανίζεται ακριβώς από κάτω το αντίστοιχο στρεφόμενο διάνυσμα η φάση της ταλάντωσής του και η απομάκρυνση από τη θέση ισορροπίας (Θ.Ι.) του, που είναι η κόκκινη προβολή του στρεφόμενου διανύσματος κάθε χρονική στιγμή. Υπάρχουν οι δυνατότητες:
- Βηματικής προώθησης
- Προώθησης κατά λ/4
- Λήψης στιγμιοτύπων
Στόχος της προσομοίωσης είναι η βοήθεια κατανόησης των βασικών εννοιών που σχετίζονται με τη διάδοση κύματος όπως διδάσκεται στο Λύκειο.
Δείτε την Προσομοίωση: ΤΡΕΧΟΝ ΚΥΜΑ
2. Στάσιμο κύμα
Στην προσομοίωση παρουσιάζεται η ταυτόχρονη διάδοση δύο κυμάτων ίδιου πλάτους και ίδιας συχνότητας σε αντίθετες κατευθύνσεις, στην ίδια χορδή. Το αποτέλεσμα της επαλληλίας των δύο κυμάτων είναι η δημιουργία στάσιμου κύματος. Η προσομοίωση ακολουθεί τη λογική της παρουσίασης του σχετικού φαινομένου στη φυσική του Λυκείου. Υπάρχουν οι δυνατότητες:
- Επιλογής της συχνότητας των κυμάτων
- Επιλογής εμφάνισης των δύο τρεχόντων κυμάτων ταυτόχρονα με το αποτέλεσμα της συμβολής τσεκάροντας το κουτί “Συνιστώσες”
- Βηματικής προώθησης και προώθησης κατά λ/4
- Επιλογής για δημιουργία κοιλίας ή δεσμού στο σημείο συνάντησης των κυμάτων (x=0)
- Επιλογής εμφάνισης των δεσμών και των κοιλιών
- Ληψης πολλαπλών στιγμιοτύπων αφού τα κύματα έχουν διαδοθεί και οπτικοποίησης με αυτό τον τρόπο των “ατράκτων”
Δείτε την Προσομοίωση: ΣΤΑΣΙΜΟ ΚΥΜΑ
3. Στάσιμο κύμα (από ανάκλαση)
Σ’ αυτή την προσομοίωση παρουσιάζεται η διάδοση και ανάκλαση αρμονικού κύματος σε ακλόνητο ή ελεύθερο άκρο, και η σταδιακή δημιουργία στάσιμου κύματος. Η προσομοίωση είναι πιο κοντά στην συνηθέστερη πειραματική διαδικασία για την επίδειξη και μελέτη του στάσιμου κύματος, με τη χρήση των κατάλληλων μέσων στο εργαστήριο. Οι δυνατότητες του χρήστη είναι παρόμοιες με τις προηγούμενες προσομοιώσεις.
Δείτε την Προσομοίωση: ΣΤΑΣΙΜΟ ΚΥΜΑ (από ανάκλαση)
4. Επαλληλία κυμάτων διαφορετικών συχνοτήτων
Η προσομοίωση οπτικοποιεί το αποτέλεσμα της ταυτόχρονης διάδοσης δύο εγκάρσιων αρμονικών κυμάτων που διαδίδονται σε αντίθετες κατευθύνσεις στην ίδια χορδή. Στην περίπτωση αυτή το πλάτος των δύο κυμάτων είναι το ίδιο, αλλά μπορούμε να μεταβάλλουμε ανεξάρτητα τις συχνότητες μεταξύ 12 διαφορετικών τιμών, οι οποίες είναι ακέραια πολλαπλάσια της συχνότητας f=4v/L , όπου v η ταχύτητα διάδοσης και L το μήκος της χορδής που φαίνεται στην προσομοίωση. Με επιλογή ίσων συχνοτήτων έχουμε ταύτιση με την προσομοίωση 2.
Η επιλογή συχνοτήτων με μικρή διαφορά (αρκετά μικρότερη από τη μέση τιμή τους) οδηγεί στην ενδιαφέρουσα περίπτωση όπου το πλάτος της ταλάντωσης των σημείων μεταβάλλεται αργά από μηδέν μέχρι το διπλάσιο του πλάτους των δύο κυμάτων (διακροτήματα). Αυτό φαίνεται πολύ καθαρά παρατηρώντας την αυξομείωση του μήκους του στρεφόμενου διανύσματος, εφόσον το εμφανίσουμε επιλέγοντας κάποιο σημείο.
Τσεκάροντας το κουμπί “Συνιστώσες” εμφανίζονται τα δύο τρέχοντα κύματα, και σε περίπτωση που έχει επιλεγεί κάποιο σημείο εμφανίζονται τα στρεφόμενα διανύσματα που αντιστοιχούν στις ταλαντώσεις εξαιτίας των δύο κυμάτων.
Με τσεκάρισμα του “Προβολές συνιστωσών” εμφανίζονται και οι προβολές των στρεφόμενων με τα αντίστοιχα χρώματα οι οποίες παριστάνουν τις απομακρύνσεις y1 και y2 εξαιτίας των δύο κυμάτων για το συγκεκριμένο σημείο κάθε χρονική στιγμή. Όλες σχεδόν οι δυνατότητες των παραπάνω προσομοιώσεων ισχύουν και σ’ αυτή.
Δείτε την Προσομοίωση: ΣΥΜΒΟΛΗ ΚΥΜΑΤΩΝ
Σημείωση:Οι παραπάνω προσομοιώσεις 1-4 βασίζονται σε Java Applets που είχαν δημιουργηθεί το 2009 και μετατράπηκαν σε HTML/JS τον Αύγουστο του 2025, με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης (ChatGPT).