ฟิสิกส์ทันเวลา

ฟิสิกส์ทันเวลา

“โครงการของเราเกี่ยวข้องกับการปรับสไลด์ลองบอร์ดแบบยืนขึ้นด้วยมือให้เหมาะสม” ไมลส์ คูเปอร์กล่าวขณะที่เขายืนอยู่บนสเก็ตบอร์ดที่หน้าชั้นเรียน โดยถือล้อสเก็ตบอร์ดที่ไม่ได้ติดไว้ในมือ เป็นวันสุดท้ายของหลักสูตร ในแมสซาชูเซตส์ ไมลส์และนักเรียนปีหนึ่งอีกสองคน รวมทั้งอเล็กซ์ ลูกชายของฉัน กำลังนำเสนอโครงงานสุดท้ายของพวกเขาสำหรับผู้ที่ไม่เล่นสเก็ตบอร์ด ไมลส์อธิบายว่า 

“ลองบอร์ด” 

เป็นสเก็ตบอร์ดแบบยาวที่ใช้สำหรับการลงเขาและเล่นลูกเล่นต่างๆ “แบบแมนนวล” หมายถึงการขี่บนล้อหลัง 2 ล้อเท่านั้น และ “สไลด์แบบยืนขึ้น” หมายถึงการไถล ซึ่งมักจะเป็นดาวน์ฮิลล์ นักเล่นลองบอร์ดถือว่าสไลด์เป็นสิ่งที่ยอดเยี่ยมและมี “สไลด์แจม” (ดูYouTube ) เพื่อดูว่าใครสามารถเล่นสไลด์

ที่ยาวที่สุดได้โดยที่ล้อไม่หมุน โครงการของกลุ่มคือการใช้เครื่องมือของกลไกแบบคลาสสิกเพื่อค้นหาฟังก์ชันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพระยะทางที่ผู้ขับขี่สามารถไถลลงเนินด้วยสองล้อนี่เป็นการเบี่ยงเบนความสนใจหรือการสอนที่มีประสิทธิภาพหรือไม่? ฉันมาที่ Olin College เพื่อหาข้อมูล

การทดลองที่น่าตื่นเต้นวิทยาลัยก่อตั้งขึ้นในทศวรรษที่ 1990 โดยเป็นการตอบสนองที่ทะเยอทะยานในการซ่อมแซมสภาพการศึกษาระดับปริญญาตรีด้านวิศวกรรมศาสตร์อันน่าหดหู่ของสหรัฐฯ ในเวลานั้น นักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์ปี 1 มีใจจดจ่อกับการเรียกเรียน แต่ครึ่งหนึ่งกลับต้องเปลี่ยนปริญญา

ในท้ายที่สุด และอีก 1 คนก็ลาออกจากวิทยาลัยโดยสิ้นเชิง ปัญหาดูเหมือนจะเน้นทฤษฎีมากเกินไป ลองนึกภาพโรงเรียนสอนดนตรีที่บังคับให้นักเรียนการแสดงต้องใช้เวลาสามปีในทฤษฎีและความสามัคคีก่อนที่จะสัมผัสเครื่องดนตรี ในปี พ.ศ. 2540 มูลนิธิซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2481 โดยแฟรงกลิน โอลิน 

นักธุรกิจที่ผันตัวเป็นวิศวกร ได้มอบเงินเริ่มต้น 200 ล้านดอลลาร์เพื่อสร้างวิทยาลัยวิศวกรรมแห่งใหม่เพื่อส่งเสริมความหลงใหลของนักเรียนตั้งแต่วันแรก ชั้นเรียนส่วนใหญ่จะจัดตามโครงการของทีม ผู้ก่อตั้ง Olin เรียกสิ่งนี้ว่าการศึกษาแบบ “ทันเวลาพอดี” – ให้ความรู้ที่จำเป็นแก่นักเรียนในการทำโปรเจกต์

ให้สำเร็จ 

แทนที่จะเป็นการศึกษาแบบ “เฉพาะกรณี” หรือการโหลดนักเรียนด้วยความรู้เพื่อประโยชน์ของตนเอง วิทยาลัยมีขนาดเล็ก มีนักศึกษาประมาณ 350 คน และเกือบครึ่งหนึ่งเป็นนักศึกษาหญิง ในมุมมองของฉัน ผลที่ได้คือการทดลองทางการศึกษาที่น่าตื่นเต้นที่สุดในประวัติศาสตร์ที่ผ่านมา

ในฐานะผู้ปกครองของนักเรียนเหล่านี้ ฉันมีอคติหรือไม่? โดยสิ้นเชิง. ดังนั้นอย่าเชื่อฉันตรวจสอบสถิติ 98% ของผู้สำเร็จการศึกษาจาก Olin ทั้งหมดได้งานทำหรือไปเรียนต่อในระดับบัณฑิตศึกษา มากกว่า 200 โปรแกรมวิศวกรรมที่อื่น ๆ ได้ส่งตัวแทนไปที่ Olin เพื่อศึกษาหลักสูตร 

เมื่อต้นปีที่ผ่านมาผู้ก่อตั้ง Olin สามคนรวมถึง ประธานคนปัจจุบันได้รับรางวัล จากความพยายามของพวกเขาแม้ว่าจะรู้สึกทึ่งกับแนวคิดด้านการศึกษา แต่ฉันก็สงสัยว่าฟิสิกส์สามารถสอนได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยวิธีการทำโครงงานแบบเดียวกับวิศวกรรม ศาสตราจารย์ ACM ซึ่งจบปริญญาเอก

จาก อธิบายว่า ACM เป็นแบบโครงงานน้อยกว่าหลักสูตรส่วนใหญ่ที่ Olin College นักเรียนจะทำโปรเจกต์ในตอนท้ายเท่านั้น แม้ว่างานนี้เป็นส่วนสำคัญในการศึกษาของพวกเขา แต่ให้พวกเขาได้ลงมือปฏิบัติจริงในการประยุกต์ใช้ฟิสิกส์กับบริบททางวิศวกรรม เธอชวนฉันไปดู

เรื่องที่ซับซ้อน

นี่คือสิ่งที่อเล็กซ์โพสต์บนFacebookในคืนก่อนการนำเสนอ: “หลังจากใช้เวลา 16 ชั่วโมงในการทำงานในห้องเดียวกัน ประหยัดค่าอาหาร ใช้เวลาสองสัปดาห์ในการหาวิธีสร้างสไลด์ลองบอร์ดสองล้อแบบสแตนด์อัพ เรียกใช้ฉากที่ไร้สาระอย่างยิ่ง ของสมการเชิงอนุพันธ์เป็นเวลาห้าวันโดยไม่มีผลลัพธ์ 

และอาจได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิสิกส์ของการเล่นลองบอร์ดมากกว่าใครๆ เลยทีเดียว ในที่สุดฉันก็ทำ สำเร็จแล้ว!”ไม่กี่ชั่วโมงหลังจากโพสต์นี้ สมาชิกในกลุ่มได้นำเสนอผลงานของพวกเขาในชั้นเรียน พวกเขาใช้แบบจำลองเริ่มต้นจากมวล ความเร่งที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง ความลาดชันของเนิน มุม θ 

ระหว่างความชันและทิศทางของการหมุนล้อ (θ= 0 ตามความชัน) และค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานสถิตและจลน์ พวกเขาสร้างฟังก์ชันที่อธิบายระบบโดยใช้พารามิเตอร์เหล่านี้สำหรับความชันและ θ ที่กำหนด โดยใช้ MATLAB เพื่อพล็อตพารามิเตอร์เหล่านี้ พวกเขาพบว่าสไลด์ที่ยาวที่สุดที่มีความชัน 15° 

ความเร็วเริ่มต้น 8 เมตร/วินาที และค่าคงที่ θ เกิดขึ้นเมื่อ θ อยู่ที่ประมาณ 63°อย่างไรก็ตาม หากต้องการขยายเส้นทางสไลด์ให้ใหญ่สุด ต้องเปลี่ยนค่าของ θ อย่างต่อเนื่อง ในการวิเคราะห์เพิ่มเติม กลุ่มแรกศึกษาพลังของสถานการณ์ โดยใช้แนวทางลากรองจ์เพื่อสร้างสมการเชิงอนุพันธ์อันดับสองสามสมการ

สำหรับความสัมพันธ์ของส่วนประกอบของระบบในแกนx , yและz พวกเขาเรียกใช้สิ่งนี้ผ่าน Maple (มีประสิทธิภาพมากกว่า MATLAB) แต่การมีฟังก์ชันเรียกซ้ำมากเกินไปทำให้ไม่สามารถแก้ปัญหาได้ เมื่อการนำเสนอของพวกเขาปรากฏขึ้น พวกเขากลับไปสู่แนวทางแบบนิวตันในแง่ของแรง 

โดยเขียนโปรแกรม MATLAB ที่ใช้สมการตั้งแต่ครั้งแรกที่พวกเขาพยายาม แต่พวกเขาต้องตั้งค่าใหม่ θ ด้วยมือ สิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นระบบง่ายๆ พูดสั้นๆ ก็คือต้องใช้วิธีการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนเช่นเดียวกับกลุ่มอื่นๆ ในวันนั้น หนึ่งจำลองกองกำลังบนเรือใบหุ่นยนต์ของวิทยาลัย 

อีกคนหนึ่งพยายามจำลองการเคลื่อนไหวอันเป็นเอกลักษณ์ของสไปเดอร์แมนไปตามท้องถนนด้วยการยิงเส้นไหมที่ผนังอาคาร ซึ่งเป็นชุดการเคลื่อนไหวแบบลูกตุ้มสปริงทรงกลมที่เขาไม่เคยชนพื้นหรือผนังเลย “ดูเหมือนเป็นระบบง่ายๆ ที่อธิบายทางคณิตศาสตร์ได้” อาเบะ นักเรียนชั้นปีที่ 1 กล่าว “แต่กลับกลายเป็นว่าไม่มีวิธีแก้ปัญหาเชิงวิเคราะห์จริงๆ และระบบก็วุ่นวายอย่างรวดเร็ว”

credit: brave-mukai.com bigfishbaitco.com LibertarianAllianceBlog.com EighthDayIcons.com outletonlinelouisvuitton.com ya-ca.com ejungleblog.com caalblog.com vjuror.com