CC BY
12
облике. Отсюда, общение с природой содержит значительный воспитательный потенциал, является важным средством совершенствования личности и одним из ведущих составных элементов ее образа жизни.
Список литературы
1. Быстраков Ю.И., Косолапов А.В. Экономика и экология. - М.: Агро-промиздат. 1988. -С. 187.
2. Бондаренко В.Д. Культура общения с природой. - М.: Агропромиз-дат. 1987. -С. 13.
В.М. Янко
Курганский государственный университет
РАЗВИТИЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ У СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ УНИВЕРСИТЕТА В ПРОЦЕССЕ ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКИ
В статье рассматривается методология изобретательской деятельности при изучении студентами физических явлений. На примере темы "Электростатика" показано, как свойства физических явлений могут быть использованы при выполнении технических решений на уровне изобретений.
Современный инженер - это не только грамотный, образованный, высококвалифицированный специалист, владеющий современной техникой и современными технологиями, но он также и создатель техники и технологий будущего. А это возможно лишь в том случае, если еще на студенческой скамье он познакомится с методологией изобретательской деятельности, а сделать это можно, в частности, при изучении физических явлений (ФЯ), включенных в программу курса общей физики [1].
Автор данной статьи имеет многолетний опыт работы в этом направлении, является автором целого ряда изобретений, в которых использованы свойства ФЯ, изучаемых в курсе общей физики, в том числе в соавторстве со студентами, и уверен, что среди студентов есть немало потенциальных изобретателей, нужно лишь раскрыть и развить их изобретательские способности.
Не нарушая плана учебных занятий ненавязчиво, исподволь, объясняю студентам, что любое изобретение - это: во-первых, новизна (то, чего не было раньше), во-вторых, положительный эффект (экономия материала, электроэнергии, затраченного труда; повышение надежности и долговечности изделия; сохранение здоровья человека в экстремальных условиях; повышение экологической безопасности и многое, многое другое).
Раскрыть и развить изобретательские способности у студентов невозможно без проведения лекционных демонстраций, без выполнения студентами лабораторных работ с обязательным обсуждением результатов физического эксперимента.
Во вступительной лекции курса общей физики, прочитанной на физико-математическом факультете МГУ, П.Л. Капица говорил студентам: «Основное - это понять явления природы. Любое явление природы (будь это падение тела, разряд в трубке, барометрическое давление) вы должны изучать с точки зрения физики» [2].
Интерес студентов к изучению физики заметно повышается, если новую тему начинать с лекционной демонстрации и обсуждения ФЯ, лежащих в ее основе. Причем демонстрация ФЯ должна быть простой и понятной для студентов, а в обсуждение желательно включать воп-
росы о возможном использовании свойств ФЯ в технических решениях.
Рассмотрим вышесказанное на примере темы «Электростатика». Эту тему начинаю с рассмотрения трибоэлек-трического эффекта и говорю, что изучение электричества началось именно с этого явления (Фалес Милетский).
Для демонстрации электростатических явлений использую: электрофорную машину; валик из оргстекла; шерстяной лоскут; полимерную пленку; султанчики; демонстрационный электрометр; мелкодисперсный порошок дисульфида молибдена; две металлические пластины, закрепленные на штативах; подвешенный на нити полый металлический шар; ситечко с металлической сеткой.
При трении о шерстяной лоскут валик из оргстекла получает избыточный электрический заряд. Закрепляю заряженный валик в штативе. Приближаю к штативу электрометр и на некотором расстоянии от него стрелка электрометра отклоняется, фиксируя наличие электростатического поля.
От электрофорной машины заряжаю султанчики одноименными и разноименными зарядами. В первом случае лепестки отталкиваются, во втором случае лепестки притягиваются и при сближении султанчиков «обнимают друг друга». Этот эксперимент традиционно вызывает смех среди студентов, особенно когда на султанчиках появляются пластилиновые муляжи в виде человеческой головы.
Демонстрирую действие электростатического поля между двумя, разноименно заряженными от электрофорной машины, пластинами на подвешенный на нити полый металлический шар, который начинает совершать колебательные движения от одной пластины к другой, создавая звуковой эффект «колокольный звон».
Что же общего между наблюдаемыми ФЯ? В результате трибоэлектрического эффекта происходит разделение у трущихся материальных тел (МТ) электрических зарядов, что приводит к их электризации (накоплению избыточного заряда определенного знака), возникает электрическое поле.
После подробного обсуждения ФЯ обращаюсь к студентам с вопросом: «Вы видели опыты, в которых демонстрировались явления электростатики. А где можно использовать свойства этих явлений?» Ответы поступают самые разные от широко известных способов по устранению избыточных электростатических зарядов методом заземления, с использованием антистатиков в виде аэрозолей до оригинальных: с помощью электростатических сил можно ускорять или замедлять движение МТ, осуществлять реверс движения, накапливать и передавать электрические заряды, создавать электрошоковое оружие, в целях охраны ценных картин и скульптур создавать вокруг них сильное электростатическое поле, если научиться разделять электрические заряды у МТ, то можно иметь колоссальную электрическую энергию и другие.
Говорю, что уже имеются изобретения электростатических тормозов, электростатических двигателей, электростатических генераторов, но работа в этом направлении продолжается.
Что же касается разделения электрических зарядов и появления электрического поля, то это - необходимое условие работы любого источника электрического тока.
Анализирую все высказывания, отмечаю оригинальные, благодарю всех студентов, принявших участие в обсуждении.
Затем перехожу к рассмотрению некоторых технических решений в ранге изобретений, в основе которых лежат ФЯ электростатики. В идеале - это изобретения самого преподавателя, но можно рассмотреть и работы других авторов [3].
144
ВЕСТНИК КГУ, 2006. №4
Провожу опыт. Прокатываю валик из оргстекла по поверхности полимерной (фторопластовой) пленки. Пленка электризуется. Показываю, как наэлектризованная пленка притягивается и «прилипает» к металлической поверхности. Затем над поверхностью пленки через ситечко потряхиванием распыляю порошок дисульфида молибдена (твердая смазка для подавления адгезии (схватывания) у сопрягаемых поверхностей деталей из титана и титановых сплавов) и студенты видят, как его частицы «прилипают» к поверхности пленки и стряхнуть их с нее уже невозможно. Получилось коррозионностой-кое, подавляющее адгезию (схватывание) уплотнение. Осталось лишь намотать такую модифицированную пленку в один или несколько слоев на резьбовой конец титановой трубы и произвести свинчивание.
Говорю, что вам продемонстрирован способ уплотнения резьбовых соединений, включенный в реестр изобретений [4].
А какое техническое решение можно получить, рассмотрев колебательное движение металлического шара в электростатическом поле?
Создать установку для приготовления смеси экологически вредных жидкостей (корродирующих, ядовитых, радиоактивных), в которой перемешивание, ввод смешиваемых жидкостей и вывод смеси происходит в закрытой камере и при необходимости в автоматическом режиме [5].
Рассматриваю принцип работы установки и привожу формулу изобретения.
Обычно после подобных обсуждений студенты говорят: «Да это же так просто». В ответ привожу слова Лауреата Нобелевской премии Альберта Сент-Дьёрдьи: «Изобретать - значит видеть то, что видят другие, а думать иначе, чем думают другие».
Список литературы
1. Янко В.М. Физические явления как основа содержания курса общей физики в высшем техническом учебном заведении//: Журнал Московского физического общества: Серия "Б" "Физическое образование в вузах".-М., 1996.- Т1. -№2. -С.35-40.
2. Капица П.Л. Эксперимент. Теория. Практика. -М.: Наука, 1987. -С. 224.
3. Алфавитно-предметный указатель к международной классификации изобретений. -М.: Госкомизобретений, 1992.
4. Янко В.М., Лифшиц О.З., Веретенников Ю.Н. Способ уплотнения резьбовых соединений (А.С. №1171638 - Бюллетень изобретений №29, 1989).
5. Янко В.М. Установка для перемешивания жидкостей. (Патент РФ №2078059 - Бюллетень изобретений № 12, 1997).
Е.Ю. Левченко, В.Г. Вапнярчук
Курганский государственный университет;
levchenko@zaural.ru
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ НА БАЗЕ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ И ЭКОЛОГИИ
В работе рассматриваются перспективы использования нового измерительного оборудования на базе микроконтроллеров AVR. Обсуждаются конструктивные особенности многофункциональных измерительных приборов для проведения исследований физических параметров окружающей среды. Показано, что серия приборов CAPI, разработанная авторами удовлетворяет современным технологическим и эргономическим требованиям.
In work are considered prospects of the use the new measuring equipment on the base microcontroller AVR. The constructive particularities multifunctional measuring instrument are discussed for undertaking the studies physical parameter surrounding ambiences. It is shown that series instrument CAPI, designed author satisfies modern technological.
Важной компонентой экологической экспертизы и оценки состояния среды обитания человека является оперативное изучение и мониторинг физических загрязнений. Одна из проблем, с которой сталкивается физическая экология, - необходимость одновременного измерения сразу нескольких физических величин, проведение предварительной математической обработки на месте измерения, зачастую в полевых условиях. Чтобы оценить состояние физических (в перспективе химических и биологических) загрязнений специалист-эколог должен на месте провести основные измерения параметров среды, чтобы потом перейти к использованию высокоточной и дорогой лабораторной экспертизы.
Эффективным решением поставленных задач является использование многофункциональных цифровых измерительных комплексов на базе современных микроконтроллеров AVR. Такого рода комплексы должны сочетать в себе следующие качества:
• многоканальность. К измерительному блоку можно подключать сразу несколько измерительных преобразователей, конструктивно выполненных в виде измерительного щупа;
• автономность. Низкое энергопотребление, характерное для современной электронной техники. Это позволит работать с измерительным блоком в полевых условиях. Для энергопитания используются портативные источники (батареи, аккумуляторы);
• интеллектуальность. Основным управляющим элементом цифрового измерительного комплекса является микроконтроллер - микроЭВМ, работающая по собственной специализированной программе. Программа, управляющая работой прибора, выполняет несколько основных функций - функцию управления процессом измерения (переключение каналов измерения, настройка параметров входных цепей, запуск аналого-цифрового преобразования), функцию математической обработки результата измерения, функцию вывода результата на индикатор;
• наглядность. В качестве индикатора результатов измерений используется цифровой или графический жидкокристаллический дисплей. Современные дисплеи имеют низкое энергопотребление и встроенный микроконтроллер, позволяющий выводить информацию в виде цифр, букв или графиков;
• совместимость с компьютерной системой. Микроконтроллер цифровой измерительной системы обладает аппаратными средствами, которые позволяют передавать по последовательному каналу (RS232) данные от прибора в компьютерную систему. Далее данные могут быть включены в базу данных и обработаны сложными математическими методами.
Все перечисленные качества цифровых измерительных систем на базе микроконтроллеров позволяют рассматривать предлагаемое направление как перспективное с точки зрения развития инструментальной базы физических и экологических измерений, получения новой оперативной информации о состоянии окружающей среды. Целью работы является демонстрация перспектив и возможностей использования измерительных приборов на базе современных микроконтроллеров в физических и экологических измерениях.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1
145
