Как нагляднее продемонстрировать основныепринципы СТО/ОТО

[rockclimber]

Тут в соседнем топике разгорелась дискуссия про наглядные пособия с использованием высоких технологий (ну то есть сделать демо-программу, которая все наглядно покажет).
Munin предложил набор эффектов, которые можно продемонстрировать.
Bobinwl предложил ТЗ (на мой взгляд, главная проблема - наглядность - не решена).

Я, к сожалению, не настолько хорошо знаю СТО/ОТО, чтобы придумать хорошие наглядные пособия.
Пока придумал только как показать относительность одновременности. Например, как вариант. В двух частях экрана показать одну картинку с двух камер. Первая камера стоит на ракете, которая летит, вторая камера - на планете, например. В двух местах вспыхивают вспышки, свет от них идет к планете. С точки зрения неподвижной камеры свет доходит от обоих источников одновременно, с точки зрения движущейся - нет. Соответственно, управляя скоростью ракеты, можно делать эффект неодновременности более сильным. Ну и графики какие-нибудь сбоку продемонстрировать.
Любые идеи и пожелания приветствуются.

[Munin]

(Оффтоп)

При превращении идеи в ТЗ идея пропала. Блеск.

-- 30.04.2013 22:06:35 --

rockclimber в сообщении #717913 писал(а):

Пока придумал только как показать относительность одновременности. Например, как вариант. В двух частях экрана показать одну картинку с двух камер. Первая камера стоит на ракете, которая летит, вторая камера - на планете, например. В двух местах вспыхивают вспышки, свет от них идет к планете. С точки зрения неподвижной камеры свет доходит от обоих источников одновременно, с точки зрения движущейся - нет.

Этого не может быть :-) События "свет дошёл до планеты" происходят в одной точке, и поэтому не могут быть одновременными или неодновременными с разных точек зрения. Однозначно они дойдут одновременно или не одновременно. Если они дойдут одновременно, то из двух мест с точки зрения движущейся камеры они будут испущены неодновременно.

Но это сходящиеся вспышки света - не самое простое для интуиции. Сначала лучше показать расходящиеся. И нарушение синхронизации часов неподвижной системы отсчёта с точки зрения движущейся, чтобы объяснить, почему вспышки будут испущены неодновременно.

[pohius]

http://testtubegames.com/velocityraptor.html
http://gamelab.mit.edu/games/a-slower-speed-of-light/

[Munin]

Как уже было сказано:

Munin в сообщении #714663 писал(а):

Не то. Тут берут готовую СТО, и предлагают в ней всё покрутить. А Bobinwl предлагает другое: не СТО, а некое множество теорий (например, всех линейных преобразований пространства-времени), чтобы можно было, меняя их параметры, наблюдать предсказываемые эффекты, и убедиться, что полное выполнение постулатов СТО (и набора релятивистских эффектов СТО) возможно только в одном случае - в СТО. Чтобы такой инструмент "заменял" собой доказательство СТО.

[Lexey]

У меня давно была такая идея: две одинаковые зубчатые рейки с шестеренками между ними. Одна из реек неподвижна относительно наблюдателя а вторая движется со скоростью сравнимой со скоростью света. Сделать такую анимацию. На этом наглядном примере интересно было бы рассматривать всякие релятивистские эффекты и их взаимосвязи.

[rockclimber]

pohius в сообщении #717987 писал(а):

http://testtubegames.com/velocityraptor.html

Неплохая штука, что-то такое я и имел ввиду.

[Алия87]

Первое окно, статическая пространственно-временная диаграмма.



Второе окно, с помощью чего-нибудь менять наклон мировой линии инерциального наблюдателя (ось t), при этом меняется пространственное сечение одновременных событий для ИСО данного наблюдателя (ось x).





---------------------------------------------------------------------

Первое окно, статическая общая пространственно-временная диаграмма.



Второе окно, анимация последовательных пространственных сечений одновременных событий для ИСО Миши.












Третье окно, анимация последовательных пространственных сечений одновременных событий для ИСО Саши.

[Rishi]

rockclimber в сообщении #717913 писал(а):

Любые идеи и пожелания приветствуются.

Вот Мунин правильно сказал, надо сначала попроще взять вариант с расходящимися вспышками.
Можно взять рисунок, например, из статьи Википедии "Относительность одновременности" или где угодно, где он есть.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0% ... _sync1.png

Пусть рядом с центральными часами в нижнем ряду (для условно неподвижной ИСО) стоит источник световых импульсов, а у боковых часов гранаты, которые от него взрываются и фиксируют показания верхних и нижних боковых часов, находящихся в этот момент в одной точке пространства.
Когда-то импульсы вышли из источника влево и вправо, а на рисунке изображён момент взрыва гранат. Видно, что в верхнем ряду в условно движущейся ИСО показания левых и правых часов будут отличаться, а показания левых и правых часов в условно неподвижной системе S будут совпадать. Это относительность одновременности. А потом тому, кому мы собираемся демонстрировать относительность одновременности можно задать вопрос на понимание: в любой движущейся ИСО импульсы от источника пошли влево и вправо одновременно, так как из одной точки, расстояние влево и вправо в любой ИСО импульсы прошли одинаковое с одной и той же скоростью с, как тогда получилось, что часы в движущихся ИСО показывают разное время взрывов левой и правой гранаты ?

[Munin]

Всё-таки, во фразе

rockclimber в сообщении #717913 писал(а):

Любые идеи и пожелания приветствуются.

наверное, не подразумевались идеи и пожелания со стороны недоучек, не знающих СТО.

[rockclimber]

Munin в сообщении #718329 писал(а):

Всё-таки, во фразе

rockclimber в сообщении #717913 писал(а):

Любые идеи и пожелания приветствуются.

наверное, не подразумевались идеи и пожелания со стороны недоучек, не знающих СТО.

Ну это само собой...
Еще, пожалуй, ценным было бы мнение людей, которые имеют практический опыт преподавания физики.

[Bozo]

Посмотрите австралийские идеи для преподавания этого вопроса здесь.



Можно скачать по отдельности и просмотреть программой QuickTime, есть плохого качества видео на YouTube (но Вам ведь идеи нужны?)
ИМХО, с наглядностью всё в порядке (вот бы еще качество видео улучшить, но для 1997 г. и это неплохо)

А научность на форуме есть кому оценить.

[Koder_64]

По ходу чтения вновь убедился в том, что зачастую роль наглядных пособий в педагогике переоценивается. И переоценивается как раз в том случае, когда они "высокотехнологичные", то есть "на компьютере и с мультимедией".
Молчаливо предполагается (хоть и не принято про это говорить), что применение таких супернаглядных пособий каким-то волшебным образом поможет обучаемому меньше напрягаться, а понять столько же и даже больше... В реале же, наоборот, такие "пособия" только запутывают ученика.
Докажу на конкретном примере, как говорится, как раз "по сабжу". Возьмём ту же относительность одновременности.
Думаю, все тут могут представить картинку с "поездом Эйнштейна", и рядом простое и ясное пояснение к ней. И сравните это с тем мультимедийным монстром, что был описан в первом мессе темы. Будь он даже правильно придуман.

Конечно, проблема в целом - намного сложнее и многогранней (я имею в виду проблему применения высоких технологий в образовании), чем я тут написал. Но всё-таки на практике куда не ткни - всё через... ну, как всегда. Чаще всего - применение ради самого применения... "для галочки", проще говоря. Отчитываться-то надо. Это ведь ТАК важно - отчитаться красиво, что вы даже не представляете, КАК.

ПыЭс
Опыт преподавания не физики, но есть.
Потому и зацепило.

[Munin]

Тут дело в том, что пособия разные нужны, и всякие пригодятся. Может, напрягать мозгу ученику всё равно придётся, но если с воображением картинок по тексту у него туго - ему может помочь картинка уже нарисованная. Можно сосредоточиться именно на главном. Ученики бывают разные, и склонности у них разные.

[Koder_64]

Да картинку-то я и не отрицал. А наоборот - был за "картинка+текст".

[Алия87]

Koder_64 в сообщении #719396 писал(а):

По ходу чтения вновь убедился в том, что зачастую роль наглядных пособий в педагогике переоценивается. И переоценивается как раз в том случае, когда они "высокотехнологичные", то есть "на компьютере и с мультимедией".

Скорее недооценивается из-за незнаний возможностей, которые могут быть предоставлены высокими технологиями.
Скачайте CDF Player (бесплатный интерпретатор программ созданных в mathematica)
http://www.wolfram.com/cdf-player/
Зайдите на сайт
http://demonstrations.wolfram.com/
и полюбуйтесь моделями.
И может быть Ваше мнение о возможностях высоких технологий в сфере образований изменится.