Здещиц В., Здещиц А., Черних А. [valeriy.zdeschits@kdpu.edu.ua]
Криворізький державний педагогічний університет, Україна
Download in PDF: http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/journals/2020-v1-23-2/2020_1-23-2_Zdeshchyts_FMO.pdf

РОЗРОБКА ТА МЕТОДИЧНИЙ СУПРОВІД ФРОНТАЛЬНОЇ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ З ФІЗИКИ “ПЕТЛЬОВИЙ МАЯТНИК”

Розроблена методика проведення фронтальної лабораторної роботи з фізики, яка використовує мініатюрні пристрої та смартфони для визначення коефіцієнта тертя ковзання гнучкого тіла по нерухомому циліндру та кінематичних параметрів петльового маятника.
Формулювання проблеми. Розв’язання Ейлером задачі щодо ковзання гнучкого тіла по нерухомому циліндру розглядається при викладанні фізики як класичний приклад вирішення завдань механіки аналітичним методом, але відсутність практичного підтвердження теоретичних висновків значно знижує якість набутих студентами знань.
Матеріали і методи. Робота має теоретичний та прикладний характер. Поставлена проблема вирішувалася за допомогою розроблених мініатюрних дослідницьких установок, що використовували теоретичну основу задачі Ейлера. Методологічно дослідження базувалися на відомих законах кінематики та збереження енергії, а її основні науково-практичні результати отримані з використанням відео- та фотореєстрації, цифрових технологій оброблення результатів експериментів.
Результати. Основним результатом роботи є розроблення мініатюрної дослідницької установки "Петльовий маятник" та методики її використання для фронтального проведення лабораторних робіт "Визначення коефіцієнта тертя гнучких тіл при ковзанні по циліндру" і "Петльовий математичний маятник зі змінною довжиною нитки" на уроках фізики. Важливим є те, що для реєстрації кінематичних параметрів руху використовуються смартфони в режимі відео “slow motion” та “секундомір“. Це розв’язує проблему забезпечення закладів освіти сучасним лабораторним обладнанням. Крім того, розширюються межі навчального процесу: студенти можуть отримати доступ до лабораторних установок у комфортний для них та викладача час.
Висновки. Доведено, що розроблені мініатюрні установки надають можливість фронтального проведення лабораторних робіт з використанням формули Ейлера. Студенти при проведенні експериментів визначають величину коефіцієнта тертя при ковзанні гнучких тіл по нерухомому циліндру та знайомляться з законом тертя гнучких тіл, який відрізняється від закону тертя ковзання твердих тіл по плоскій поверхні. Цей висновок власне й пропонується підтвердити студентам за допомогою  експериментальної установки, де теоретично отримані залежності повністю узгоджуються з результатами експериментів.
Ключові слова: фізичний експеримент, лабораторні роботи, петльовий маятник, формула Ейлера.

DEVELOPMENT AND METHODOLOGICAL SUPPORT OF FRONTAL LABORATORY WORK IN PHYSICS “THE LOOPING PENDULUM”
V.M. Zdeshchyts, А.М. Chеrnyсh
Kryvy Rih State Pedagogical University, Ukraine
A.V. Zdeshchyts
Kryvyi Rih National University, Ukraine

Abstract. The technique of carrying out frontal laboratory work in physics, which uses miniature devices to determine the coefficient of sliding friction of a flexible body along a fixed cylinder and the kinematic parameters of a looping pendulum using a smartphone is considered.
Formulation of the problem. Euler's solution to the problem of sliding a flexible body over a fixed cylinder is considered in the teaching of physics as a classic example of solving problems of mechanics by analytical method, but the lack of practical evidence of theoretical conclusions significantly reduces the quality of students' knowledge.
Materials and methods. The work is theoretical and applied. The problem was solved with the use of developed miniature research facilities based on the theoretical foundations of the Euler problem. Methodologically, the studies were based on the known laws of kinematics and conservation of energy, and its main scientific and practical results were obtained using photo and video recording, digital technologies for processing the results of experiments.
Results. The main result of the work is the development of a miniature research facility "The looping pendulum" and methods of its use for frontal laboratory work "Determination of the friction coefficient of flexible bodies when sliding along a cylinder" and "The looping mathematical pendulum with a variable length of the string". What is important is that smartphones are used in “stopwatch” and “slow-motion” modes to record kinematic motion parameters. It solves the problem of providing educational institutions with modern laboratory equipment. Besides, the boundaries of the educational process are expanding: students can access lab facilities at a comfortable time for them and the teacher.
Conclusions. It is proved that the developed miniature facility makes it possible to carry out frontal laboratory work using the Euler formula. During the experiments, students determine the value of the friction coefficient of flexible bodies when sliding along a fixed cylinder over a fixed cylinder and learn the law of friction of flexible bodies, which differs from the law of friction of sliding solid bodies on a flat surface. This conclusion is proposed to prove to students using an experimental facility, where the theoretically obtained dependencies are completely consistent with the experimental results.
Key words: physical experiment, lab work, the looping pendulum, Euler's formula.

Список використаних джерел

1. GetAClass. Петлевой маятник. URL: https://www.youtube.com/watch?v=B0JSbnOZr38&t=82s (Дата звернення 29.05.2020).
2. Исследование движения петлевого маятника. URL: https://ppt-online.org/463856 (Дата звернення 29.05.2020).
3. Литвинов О.І., Михайлович Я.М., Бойко А.В., Березовий М.Г. Теоретична  механіка. Ч.І. Статика. Кінематика. Київ: Агроосвіта, 2013. 576 с.
4. Лубенец Н.А. Альтернативный формуле Эйлера закон реализации тягового усилия трением. Науковий вісник НГУ. 2008. № 11. С. 67–70.
5. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики: учеб. для втузов. Москва: Высшая школа, 2010. 416 с.
6. Zhou Yu-bo, Yang Ming-duo, Zhang Min, Fan Dai-he, Liu Qi-jun,Chang Xiang-hui, Jia Xin-yan, Wei Yun. Research on the Looping Pendulum Phenomenon. European Journal of Physics. 2020. Vol. 41. №2. P. 1-16. DOI: 10.1088/1361-6404/ab5e68