Ha műszereinkkel apró részleteket is érzékelni tudunk, akkor nagy dolgokat láthatunk meg … és ez nem csak a kísérletezőnek szól, elég a diák tekintetében észrevennünk egy apró csillanást, onnan már könnyű akár tudóst is faragni. Iskolámban mechatronika szakon tanítva mindig "csapódnak" hozzánk gimnazisták az érdekes méréseink miatt. Itt most rezgésekkel, hullámokkal kapcsolatos kísérleteket dolgoztam ki, tekintettel arra, hogy fizika tanításának ez is egy fontos területe és ugyanakkor szervesen kapcsolódik a különféle szakmákhoz (autóipar, automatizálás, építészet, ...). Méréseimben a myDAQ készüléket használom, a diákok csoportmunkában a tanórákon is sikerrel használják. Pályázatomban nem pusztán kísérleteket szeretnék bemutatni, ugyanakkor a tudományok alkalmazott oldala végül három látványos eszközben jelenik meg. Míg régen elegendő lehetett a tananyag puszta közlése, ma már fontos kelléke a szemléltetésnek a tanulók szórakoztatása is, a figyelem, az érdeklődés fenntartása érdekében. Erre nagyon jók a látványos kísérletek. Robbanjon valami, dőljön össze, repüljön, zajos legyen. Szerintem azonban a képzési időszak vége felé egyre inkább megjelenik a szintézis igénye. Az, hogy megmutassuk, azzal a tudással, amit megszereztél, mit is kezdhetsz. Meg kell adjuk a felfedezés élményét a diáknak, azt hogy a rendelkezésre álló eszközökkel te magad is képes vagy ezek elkészítésére, önálló megtapasztalásra. Véleményem szerint ez indíthat el egy robbanást a diákban és ha még ki is tudja használni az önálló ismeretszerzés lehetőségeit, határ a csillagos ég. Ehhez a National Instruments eszközei nagyon nagy segítséget jelentenek tanárnak, diáknak, önálló kutatómunkának egyaránt. Nem csak hardvert biztosít, hanem szoftvert is, valamint nagyon sok kidolgozott példaprogramot, eddig nem tapasztalt mérnöki supportot is! Pályázatom írása során nem látványos show-ra készültem tehát, hanem annak a bemutatására, hogy egy egyszerű iskolai kísérletből kiindulva, hogyan elehet eljutni akár a különféle mérnöki területekhez. Mindemellett úgy gondolom, hogy nem sikerült unalmasra, a kísérletsorozat inkább a fantáziát mozgatja meg. A méréseim elemeit diákok egy-egy csoportjával már végeztem, de ennek a pályázatnak a motiválására kovácsoltam egybe. Ideje most már címet is adnom, pályázatom egy folyamatot mutat be, amelynek központi eleme a rezgés.
„Rezegj rá” Az egész életünket, környezetünket megannyi rezgőmozgás, hullámok százai és ezek hatásai határozzák meg. Egy nagyon hosszú kísérletsorozatot lehetne itt felállítani, ezért kiragadtam néhányat amivel a hely- és időbeni kötöttségek mellett is jól szemléltethető a bevezetőmben említett folyamat. A méréseim során azonban nem a klasszikus eszközöket használom, hanem a National Instruments myDAQ eszközét és a diákjaimmal együtt készített szenzorokat. Igen ezek a szenzorok akár otthoni körülmények között is elkészíthetőek, így ezek a jelenségek nagyon modern körülmények között és meglepő pontossággal tanulmányozhatóak. Első lépcsőként jelenik meg a fonálinga. Ezzel a klasszikus méréssel szemléljük a lengést és megnézzük hogyan lehet ennek kapcsán megmérni a jellemző nehézségi gyorsulást. A lengések idejét klasszikusan stopperórával mérjük, de jelen esetben a fonálingán lengő
tömeget egy reflexiós optikai érzékelő figyeli (CNY70) a mérést pedig LabVIEW nyelven megírt program támogatja.
1. ábra Reflexiós szenzor
Diákjaimmal azért szeretjük különösen, mert maga az eszköz is egyszerűen elkészíthető, és a szoftvert is pár lépésben meg lehet írni, helyesebben rajzolni!
2. ábra Az optikai érzékelő használatra kész
A következő három mérésben ugyanazt a szenzort és ugyanazt a LabVIEW programot fogjuk használni, magát a rajzolt grafikont elemezve vonhatunk le következtetéseket. Az első kísérlet után megállapítható a nehézségi gyorsulás értéke. Különféle tömegek lengéseit mérve kijelentheti a diák, hogy a lengésidő csak az inga hosszától és a nehézségi gyorsulás értékétől függ. Ennek bizonyítására az ingán és a tömegeken túl egy mágnesre is szükség van, amit egyszer a lengő tömeg alatt, egyszer pedig a lengő tömeg felett tartunk a mérés során. Természetesen a mérések során képletek is megjelennek, hogy a túl bátor diákra is ráijesszünk, de erre infografika címen a végén térek ki. Hogyan is lépjünk át most a további kísérletekre? A fenti inga mozgása kis kitérés esetén harmonikus rezgőmozgásként írható le. A következő lépésben használjuk ugyanezt az ingát, azonban a tömeget most kitérítés után úgy lökjük meg, hogy vízszintes síkú körmozgást végezzen. Ekkor mint kúpinga tanulmányozható. Ugyancsak az előző optikai érzékelőt használva a myDAQ-kal megállapíthatjuk, hogy egyenletes körmozgást végez a tömeg. Az ezt követő kísérlettel állapíthatjuk meg a kapcsolatot a harmonikus rezgőmozgás és az egyenletes körmozgás között. Most is az előző állványra és a tömegre lesz szükségünk, de a fonalat kicseréljük egy rugóra. A rugóra függesztett tömeg alatt helyezzük el a reflexiós érzékelőnket. A függesztett tömeget függőlegesen kitérítve a LabVIEW programunkon kirajzolódik az elmozdulás-idő függvénye. Azt tapasztaljuk, hogy a kitérés az idő szinuszos függvénye. Ez hallatlan … a következő méréshez egy mikrofonra lesz tehát szükségünk. Ennél is a myDAQ-ot fogjuk használni, az audio input csatlakozóján olvassuk be egy hangvilla jelét.
3. ábra Nagyjából 440Hz
Ezt követően két hangvilla jelét egyszerre vizsgáljuk meg, majd hallomásunkat „szétbontjuk frekvenciáira”. Ezt a tapasztalatot egy kalimba hangolásához használhatjuk fel.
4. ábra A kalimba és myDAQ kapcsolata
A következő kísérletben a környezet zajai kapcsán nézzük meg, milyen frekvenciákból tevődik össze? A tanulóknak itt kérdéseket is tehetünk fel: Miért más a hangzás ugyanazon frekvenciát hallgatva gitáron ill. zongorán? Mire lehet használni a frekvenciák elemzését? Végül pedig (mert már így is hosszabb a kelleténél) következhetnek a rezgések elemzésével kapcsolatos gyakorlati alkalmazás esetei, ahol ki-ki érdeklődésének megfelelően további tanulmányozásokat végezhet. Az előző folyamat tehát most háromfelé ágazik, mint alkalmazott területek. Mindhárom esetben a myDAQ-ot hívom segítségül, kihasználom a már kész adatgyűjtőt, és az analóg porton végzek méréseket:
gépészet csapágyvizsgálat(gyorsulásmérővel) geológiaföldrengés (Lehman szeizmometer reflexiós szenzorral) biológia méhek rajzásvizsgálata(mikrofon+hőmérővel kiegészíthető)
5. ábra myDAQ és gyorsulásérzékelő csapágyütés vizsgálatára
6. ábra myDAQ, mikrofon és hőmérsékletfüggő ellenállás egy kaptában
Tisztelt Bizottság! Próbáltam szűkre venni a 2,5 oldal kötöttsége miatt, de sajnos ha többet veszek ki anyagomból, már nem jön át, mi is duruzsolt a fejemben pályázatuk kapcsán. Jelenleg az eszközök demonstrálható változata ölt testet a műhelyben, készül továbbá egy infografika, hiszen a diákokat körülvevő egyre növekvő információ áradat miatt a vizuális memória kerül előtérbe, meg aztán Önökön kívül nemigen olvas már egy átlagos látogató többoldalas tájékoztatókat. Az infografikán jelenne meg maga a gerinc, a kísérletsorozat, de egy-egy eleménél annak kapcsolódásai is, mint például Foucault inga, Eötvös inga, időmérés, „kakukkos óra”. Kérem pályázatomat fogadják bizalommal Tisztelettel Vizi Tibor
