Edukacyjna wersja GPS (Global Positioning System) w laboratorium fizycznym

Zygmunt Turło, Józefina Turło, Tomasz Kalkowski
Instytut Fizyki, UMK

  Powszechne wykorzystanie technik satelitarnych we współczesnej nauce i praktyce życia codziennego uzasadnia potrzebę  projektowania zadań laboratoryjnych służących  edukacji studentów w tym zakresie. Prezentowany sposób wykorzystania odbiornika GPS  firmy Motorola do celów edukacyjnych wykorzystuje skonstruowany autonomiczny rejestrator danych (DATALOGGER) oraz własne oprogramowanie GLOPOS dla systemu WINDOWS 95 lub WINDOWS 98, które pozwala zarówno na odpowiednie symulacje ruchu systemu 24 (w tym 21 aktywnych i 3 rezerwowych)  satelitów nawigacyjnych, jak i przedstawianie wyników rzeczywistych pomiarów satelitarnych w trybie online.
 
 Zadanie dla studentów fizyki (przedmiotów przyrodniczych) ma na celu:
utrwalenie podstawowej wiedzy na temat Ziemi i jej różnych naturalnych i sztucznych satelitów,
poznanie stosowanych przyrządów obserwacyjnych i zasad działania nowoczesnych                                                      systemów pomiarowych w oparciu o współczesne techniki satelitarne,
poznanie możliwości wykorzystania systemu GPS do celów cywilnych (pilotowanie statków, samolotów, helikopterów, samochodów, pojazdów kosmicznych jak ronież pomoc w przemieszczaniu  się podróżników, w tym w szczególności ludzi niewidomych),
nabycie umiejętności określania współrzędnych położenia obserwatora i jego wysokości, dokonywania pomiarów odległości między puntami o znanych współrzędnych geograficznych oraz uzyskiwania informacji astronomicznych istotnych dla obserwatora: długości dnia, deklinacji, momentów wschodu i zachodu Słońca.
 
 MENU oprogramowania GLOPOS zawiera program do obsługi odbiornika GPS i następujących opcji pracy dla użytkownika z wykorzystaniem odbiornika  GPS ONCORE XT: Położenie satelitów na niebie (graficznie i tabelarycznie), Określenie własnej pozycji (graficznie i tabelarycznie), Dane astronomiczne, Odnajdywanie drogi, Zbieranie danych z dataloggera, Opracowanie danych, Komunikacja binarna i  Podgląd zapisanych danych.
Silnik indukcyjny
 Ten pokaz wyjaśnia budowę i zasadę działania silnika indukcyjnego. Wirnik silnika – w naszym przykładzie zwykła puszka wykonana z przewodzącego materiału – umieszczony jest w obszarze wirującego pola magnetycznego. Do wytworzenia takiego pola służą dwie identyczne cewki indukcyjne, ustawione prostopadle do siebie, wchodzące w skład dwóch niezależnych obwodów elektrycznych zasilanych prądem zmiennym. W obu obwodach płynie prąd o identycznym natężeniu. W skład jednego z obwodów wchodzi kondensator, który sprawia, że płynący przez cewkę prąd, a więc również wytwarzane przez nią pole magnetyczne, jest przesunięty w fazie względem drugiej cewki. Pola od obu cewek dodają się w taki sposób, że wypadkowy wektor wiruje w przestrzeni z częstotliwością taką samą jak częstotliwość prądu zasilającego.
 Po umieszczeniu metalowej puszki w obszarze pola widzimy, że zaczyna się ona  obracać wokół osi. Obrót powodują wyindukowane w puszce prądy wirowe, oddziałujące z polem magnetycznym cewek.
 Zaletą tego typu silnika jest możliwość łatwego regulowania prędkości obrotowej. Kolejna zaleta polega na tym, że w prosty sposób można zmienić kierunek ruchu obrotowego wirnika na przeciwny. Znajduje to wykorzystanie w silnikach napędzających wiele urządzeń codziennego użytku, np. pralki.