作って遊ぼう&学校の応援

 小学校でオモチャを身近な材料で作っています。また、最近プログラミングで学校支援アプリを制作しています。

斜め45度のセンサーを付けました。

2023-10-01 14:27:59 | 教材の開発
 閉じ込められた気体であれば、縦でも横でも、斜めでも圧力は同じです。それを粒子モデル実験で確かめるものとして”斜め45度のセンサー”を設置しました。圧力は単位面積当たりの力ですが、この粒子モデルの場合は2次元の世界の粒子なので、圧力は同じ長さ当りの力となります。垂直や水平の壁であれば面に垂直な速さ成分を”正負反転”させて、水平成分は”変わらない”という計算で”跳ね返り”を表現できますが、斜め45度の場合は「どうしたらいいんだろう?」と考えました。その結果、

 斜めの緑センサーで跳ね返るかの判断は、センサーの内側に入ってくる粒子を感知することです。緑センサーは座標(100,0)(0,100)の間に引いた線ですから粒子の座標を(a、b)とするとa+b<=100となる粒子が緑センサーの内側にいこうとして跳ね返るものです。
 この構造で緑センサーの長さが決まります。縦100横100の直角三角形ですから斜め線の緑センサーの長さは100✕√2≒100✕1.414= 141.4 となります。青センサーの長さは同じ141.4にしています。
 次に跳ね返った後の粒子の進む先は、

 このように、速さや動きの方向(速度)のx成分とy成分を正負を転換して、x成分とy成分を交換することです。
 
 では使い方や動きを紹介します。
 まずは初期画面です。

 起動当初から”力”や”跳ね返りの粒子数”を表示することにしました。このことはこれまで紹介した3つの粒子モデルにも改良を加えています。温度を変えると”温度表示の数字”を上限として力が表示されます。垂直に跳ね返ると上限値となります。薄く跳ね返ると小さくなります。初期画面の長さは最長の700としました。左端に緑センサーがあるので、小さくすることができず、長さの最小は150としました。

 ボタン←100を2回押しました。

 このような表示になります。
 この状態で実験してみましょう。ボタン実験を押します。

 ボタン実験は白くなって準備中になります。ボタン5分間を押します。

 準備中は実験中に変わります。秒表示が実験時間をカウントして300秒になったとき実験が終わります。

 測定値が表示されたままになっています。結果をノートなどに転記してください。青センサーと緑センサーの粒子数と力の和を比較してください。いくらか差があります。
 同じ条件で、2回目の実験です。


 今準備中の状況です。温度ボタン10を押してみましょう。粒子の速さが10倍になりました。
 更に実験ボタンを押します。

 ボタン5分間を押して300秒後の結果です。(1回目)

2回目です。

 2回目はこれまでより近い数字になりました。
・・・・
・・・・
ボタン2分間も押してみました。


 青センサー、緑センサーとも、ほぼ同じ粒子数、ほぼ同じ力の和となることがわかります。

 実際に使ってみませんか。次の図をクリックすると実際に使えるサイトに移動します。

気体の圧力実験(粒子モデル)斜めの面




http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/kitainoaturyokuryuusimoderu4.html






 


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