物理シミュレーションによる視覚化を用いたインタラクティブな授業展開のバックアップ(No.12)

物理シミュレーションによる視覚化を用いたインタラクティブな授業展開 †

琉球大学物理系では、物理学の授業の一部にandroidタブレットを使ったシミュレーションを取り入れます。

androidタブレットは、タッチパネルを使ったインターフェイスを持っています。この「触って動かす」機能をうまく使うことで物理現象のイメージを理解する助けになると思われます。

落体の運動の速度・加速度などを表示します。物体は指で「持って投げる」ことができ、速度や加速度を実感して学べます。

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ばねの弾性力と、速度に比例する空気抵抗が働いた場合の運動のシミュレーションです。
ばね定数と抵抗力の強さは上にあるスライダで調整できます。
最初の位置と初速度は、物体をドラッグすることで変化させることができます。指を離すとその時の位置と速度を初期値として運動が続きます。
右にあるグラフは横軸を時間として、今後の運動を示しています。
スライダによる調整では、初期値は変わりません。ばね定数や空気抵抗が変わることで、初期値が同じでも違う運動になることを確かめてください。
ボタン「t=0」を押すと、時間の最初に戻ってアニメーションが始まります。
運動方程式（二階微分方程式）の解なので、独立な解は二つあります。真ん中あたりにある「解1/2」とあるボタンを押すと、運動を二つの独立な解に分解して、薄い赤と薄い青で示します。

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赤い●が太陽、緑の●が惑星です。惑星に働く力、速度、加速度、面積速度を表示します。太陽は動きません。

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今度は二つの物体両方が動きます。他はほぼ上のと同じです。

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二つの電荷が作る電気力線と等電位線を描きます。

マルチタッチに対応しているので、２本の指で２つの電荷を同時に動かせます。
等電位線を書くのに時間がかかるので、ドラッグ中は描かせないようにしています。
電気量は、右の方にある←→のボタンで調整できます。
クーロン力は（力）のボタンを押すことで描くか描かないかがトグルします。
電荷１による電場、電荷２による電場、合成電場をそれぞれ（E1)(E2)(合成E)のボタンで描くかどうかを決められます。
合成電場は、強さも（矢印の長さで）表現するかしないかを変えることができます。（大きさも）となっている時は大きさも表現され、(向きのみ）となっている時は向きだけが表示されます。
2011.11.5 力の作用点に●をつけました。
2011.11.5 アイコンつけました。