Моделирование движения космических тел
 Скачать 202.48 Kb.
|
|
1 «Высшее образование сегодня», № 2, 2005 г. Моделирование движения космических тел Е.И. Бутиков, профессор Санкт-Петербургского государственного университета. На основе астрономических наблюдений Тихо Браге Иоганн Кеплер открыл основные законы движений планет, которые затем объяснил Исаак Ньютон. Это был поистине поразительный прорыв в понимании Природы. Но и поныне движения не- бесных тел – малых и больших планет Солнечной системы, их спутников, комет, ас- тероидов, а также космических кораблей и искусственных спутников – дают наибо- лее впечатляющие опытные подтверждения законов классической ньютоновской ме- ханики. Разумеется, проводить с ними «живые» эксперименты невозможно, но ком- пьютерное моделирование позволяет с абсолютной достоверностью не только вос- производить эти процессы, но и манипулировать ими. Такую возможность предос- тавляет программно-методический комплекс (ПМК) «Движение космических тел» – новый продукт, разработанный автором настоящей статьи и выпущенный известным производителем обучающих систем и образовательных программ для школ и вузов компанией ФИЗИКОН. Комплекс «Движение космических тел» представляет собой своего рода на- стольную исследовательскую лабораторию компьютерного моделирования, допол- няющую традиционные формы преподавания (лекции, семинары, лабораторные ра- боты и т.п.) курсов физики и астрономии. Компьютерные эксперименты дают воз- можность студентам освоить фундаментальные принципы и исследовать явления, изучение которых традиционными методами затруднительно или вообще невозмож- но. Структура программ и учебных материалов допускает разную глубину изучения предмета в зависимости от доступного учебного времени и математической сложно- сти курса. Во всех программах комплекса движение небесных тел моделируется с по- мощью численного решения дифференциальных уравнений, описывающих движе- ния небесных тел под действием сил тяготения. Изучаемое движение планет и спут- ников можно наблюдать непосредственно на экране компьютера в определенном масштабе времени. Одновременно программы строят траекторию исследуемого движения. Компьютерное моделирование создает наглядную, легко запоминающую- ся динамическую картину изучаемых явлений и описывающих их законов. Некоторые из моделей дают лишь динамические иллюстрации основных за- конов небесной механики, однако большинство включенных в комплекс программ сравнительно сложны и представляют собой настольную лабораторию для индиви- дуальной интерактивной работы. С их помощью студенты могут самостоятельно выполнять разнообразные небольшие проекты исследовательского характера, само- стоятельно делать необходимые расчеты, выбирая нужный режим работы и вводя значения тех или иных параметров моделируемой системы. Можно, например, спро- ектировать экспедицию космического аппарата к удаленной планете и его возвраще- ние к Земле, и с помощью ПМК проверить свои расчеты в моделирующем экспери- менте. Можно даже самостоятельно сконструировать реальную или воображаемую 2 планетную систему, состоящую из звезды, множества планет со спутниками, комет и астероидов. Для лучшей интеграции «Движения космических тел» в учебный процесс ву- за, комплекс включает обширный перечень методических и вспомогательных теоре- тических материалов и снабжен большим набором готовых примеров, которыми можно воспользоваться перед тем, как приступать к самостоятельной эксперимен- тальной работе. Эти примеры можно также использовать для лекционных демонст- раций. Кроме того, комплекс содержит набор вопросов и практических задач по раз- личным разделам небесной механики (три закона Кеплера, годограф вектора скоро- сти, баллистические снаряды и спутники, активные маневры на космических орби- тах, прецессия экваториальной орбиты, точные частные решения задачи трех тел), помогающих студентам лучше осваивать теорию и осуществлять проверку знаний. Англоязычная версия комплекса в 2004 году стала победителем Европейско- го международного конкурса образовательных компьютерных программ «European Academic Software Award». |