Arduino i programiranje nezaobilazni su na našem putu postajanja pravim kreativcima…

Informatika u školama postaje obavezan predmet. Ova je revolucionarna rečenica nastala sa zakašnjenjem od kojih desetak godina, ako ne i više. Tehnička kultura svedena je na jedan sat nastave tjedno. U današnje vrijeme kada sve više pričamo o novoj industrijskoj revoluciji malo je reći premalo.

Ipak, za našu djecu nije sve tako crno jer uvijek postoje zanesenjaci koji pokreću revolucije i ulažu ogromne napore ne bi li išli u korak s vremenom. STEM revolucija je jedna takva dobra inicijativa, ali bez sustavne potpore i pomoći hrvatskog sustava obrazovanja nećemo puno napraviti. Cilj STEM revolucije je ulazak u sve škole s osnovama robotike, te organizacija natjecanja koja motiviraju na otkrivanje ove, više ne tako mlade, grane tehnike.

Nemamo vremena za čekanje. Kako će nastavni sati i materijalna sredstva profesorima i učenicima još neko vrijeme biti problem želim približiti zanimljiv Autodeskov alat TinkerCAD.

Što može TinkerCAD?

TinkerCAD je jedan besplatan Autodeskov alat koji nam daje mogućnosti da konstruiramo, crtamo, izgrađujemo, programiramo i simuliramo električne strujne krugove. Neki od vas su čuli za Arduino, malo računalo koje može svašta. Nažalost kao i većina naših učenika nemamo ga, ali to nam neće biti razlog da ga ne programiramo i izrađujemo male virtualne projekte koji će jednog dana postati stvarni. Što moramo napraviti? Moramo otići na www.tinkercad.com.

Kao što sam već prije napomenuo instalacija nije potrebna, već se sve i svi rade online. Potrebno nam je računalo i pristup internetu. Ipak aplikacija zahtijeva jednu jednostavnu registraciju.

Profesor se registrira i pod svojom registracijom može otvoriti razred. Na taj način cijeli razred ili grupa učenika može raditi na istom projektu. Nakon izvršene registracije otvara se radna površina na kojoj možemo metodom drag and drop ubacivati i spajati elemente.

Malo programirati, zatim uplodati program na Arduino i vidjeti da li se kod izvršava baš kako smo zamislili..

Nismo prošli puno toga, ali morate priznati već zvuči zanimljivo…

Gdje je tu robotika? Moramo znati da i najjednostavnija robotska igračka ima u sebi nešto elektronike, zatim mikroktroler-mozak koji se može programirati uz dobru volju da kreativno iskoristimo igračku. Znači na dobrom smo putu.

Naravno, mogućnosti su velike, a na internetu ćete pronaći jako puno materijala. Ono što ovdje želim je pomoći učiteljima i nadarenim učinicima dobre volje neka krenu primjenjivati ovaj besplatan alat u svakodnevnom radu i spremni dočekaju STEM revoluciju.

Što je Arduino?

Arduino je mala elektronička pločica čije ćemo dijelove malo kasnije upoznati i koja može biti programirana. Na sebi ima jedno malo računalo zvano mikrokotroler u koji ubacujemo programe te se on na temelju našeg programa i ponaša. Sluša što mu dolazi na ulaze – inpute, gleda u program što mora napraviti te na temelju našeg programa to napravi i pokrene izlaze – outpute.

I arduino…

 

Tema 1. Elementi strujnog kruga

Upoznat ćemo osnovne elektroničke elemente, mjerne instrumente, mjerit ćemo struju, napon i otpor te upoznati osnovne zakonitosti u strujnom krugu. Vježba koju mora proći svaki učenik i bez koje niti jedan profesor fizike i tehničkog neće dati prolaznu ocjenu ako se ne zna. Makar prvi dio, a poslije ćemo stvari malo zakomplicirati.

Materijalna sredstva:

  • Eksperimentalne pločica
  • Baterija
  • Otpornici
  • Mjerni instrumenti
  • Spojni vodovi

Kako će svi strujni krugovi biti spajani preko eksperimentalne pločice red je da najprije nju upoznamo.

Vježba 1. Eksperimentalna pločica

Zajedno su spojene sve rupice na horizontalnoj crvenoj i crnoj liniji te brojevima označene rupice na vertikalnoj liniji unutar pločice. Strujne krugove spajamo preko tih vodova s donje strane pločice.
Osnovni dijelovi strujnog kruga su izvor, trošilo, prekidač i spojni vodovi.
Ova simulacija pokreće elektrone kroz strujni krug, stvara svijetlo, ako malo duže gledamo možemo osjetiti i toplinu. Dobro, sad sam možda malo pretjerao.

Ovo prije je bio samo uvod u jako puno pojmova koje ćemo ovdje spominjati, a moramo ih poznavati da bi naši projekti bili uspješni. Ipak, suzdržat ću se trenutno od teksta gdje ih definiram jer moramo krenuti na zabavni dio i riješit ćemo to u hodu.

Vježba 2. Mjerni instrumenti

Mjerenje i mjerni instrumenti jako su bitni dio svakog sljedećeg projekta i sad ćemo ih upoznati. Ne utječu na strujni krug, ali oslikavaju nam što se događa unutar njega.

Voltmetar – mjeri napon U; Spaja se paralelno s trošilom u strujnom krugu; Ampermetar – mjeri struju I; Spaja se serijski u strinom krugu; Ommetar – mjeri otpor R; Spaja se paralelno s trošilom

Pokrenemo simulaciju s isključenom sklopkom i vidimo da ne teče struja. Ono što isto tako vidimo je da voltmetar pokazuje napon baterije. Znači imamo energiju za pokretanje elektrona, ali nemamo spojen strujni krug. Onog trenutka kada spojimo strujni krug, žarulja se pali i ampermetar nam pokazuju struju.

Vježba 3. Ohmov zakon

Strujni krug je spojen, vrijednosti su izmjerene. Što sada?

 

Sada kreće upoznavanje s Ohmovim zakonom, jednim od najbitnijih i najljepših zakona u fizici strujnih krugova. Struja je veća što je napon veći i otpor manji. I=U/R

Iskoristit ćemo Ohmov zakon da izračunamo koliki bi morao biti otpor žarulje.

U=8.73 V

I=182mA=0.182A

R= ?

I=U/R => R= U/I= 8,73V/0.182A=47.97Ω

Provjerimo računski dobiveni rezultat s ommetrom.

Ommetar spajamo paralelno s trošilom bez vanjskog napajanja.

Ovime ćemo završiti prvu ili još bolje rečeno nultu lekciju. Kako nismo prošli kompletno gradivo nulte lekcije nego smo zaplovili površinom, probat ćemo s vođenim pitanjima upoznati još neke zakonitosti koje vladaju u strujnom krugu, a trebat će nam i kasnije. Vrijeme je da u sljedećim lekcijama krenemo programirati jer zato smo tu.

Pitanja i zadaci:

  1. Spoji dvije žarulje u seriju te mjernim instrumentima ispitaj napone na bateriji i žaruljicama te struje kroz njih. U1 , U2, U, I1, I2,I = ? Provjeri jednakosti U1 + U2 = U ; I1= I2=I
  2. Spoji dvije žarulje paralelno te mjernim instrumentima ispitaj napone na bateriji i žaruljicama te struje kroz njih. U1 , U2, U, I1, I2,I = ? Provjeri jednakosti U1 = U2 = U ; I1 + I2=I
  3. Zašto je napon (slika 10) manji od napona baterije? Što je EMS?
  4. Izračunaj snage žaruljice u jednostavnom strujnom krugu, te serijskom i paralelnom spoju? P=U*I
  5. Kako spajamo žaruljice u kućanstvu i zašto ih moramo tako spajati?

Autor: Saša Škalamera