Проект «Конструирование программы «Моделирование монгольфьера»

Департамент образования и молодёжной политики  Ханты­Мансийского автономного округа – Югры Бюджетное учреждение высшего образования  Ханты­Мансийского автономного округа – Югры  «Сургутский государственный педагогический университет» VI Окружная научная конференция школьников «НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ И ОБЩЕСТВО ЗНАНИЙ» Конструирование программы «Моделирование монгольфьера»  в интегрированной среде разработки Lazarus Исследовательская работа по информатике Выполнила: Мухамедьярова Дилара,  обучающаяся 10 Б класса,  муниципального бюджетного  общеобразовательного учреждения  средней общеобразовательной школы №5 Руководитель: Абдулжалиева Сурия  Заурбековна, учитель информатики,  муниципального бюджетного  общеобразовательного учреждения  средней общеобразовательной школы №5 Сургут, 2016 Оглавление Аннотация..............................................................................................................3 Введение................................................................................................................4 Основная часть......................................................................................................6 Язык программирования Рascal и IDE Lazarus ................................................6 Основы воздухоплаванья...................................................................................7 Выбор параметров воздушного шара...............................................................8 Выбор среды разработки...................................................................................9 Программа «Моделирование монгольфьера»................................................10 Заключение..........................................................................................................13 Библиографический список................................................................................15 Приложение 1......................................................................................................16   ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Аннотация Проект «Конструирование программы «Моделирование монгольфьера» в ИСР Lazarus» описывает работу по созданию прикладного ПО.  Были   изучены   теоретические   основы   воздухоплаванья,   принципы создания   летательных   аппаратов,   в   том   числе   «китайского   фонарика», элементы ЯП Паскаль и ИСР Lazarus.  Результатом   работы   над   проектом   является   программа, рассчитывающая параметры монгольфьера, и моделирующая возможности его полета.  Из проекта следует, что каждый человек, изучивший ЯП может создать собственное ПО для удовлетворения своих информационных потребностей. Введение 3   слайд  В   подарок   на   День   рождения   мне   подарили  китайский фонарик (монгольфьер).   Мой   подарок   улетел,   а   я   решила   сделать монгольфьер   своими   руками.   Встал   ряд   вопросов,   из   каких   материалов сделать, какие должны быть размеры КФ, при каких условиях КФ взлетит? Можно было выполнить все расчеты в ручную, а можно «поручить» выполнить эту работу компьютерной программе. 3 слайд Я остановилась на варианте использования компьютера и программы выполняющей расчеты параметров КФ. На уроках информатики мы изучали программирование, но решали простые задачи. А компьютерная программа должна   выполнить   все   расчеты   и   определить,   полетит   ли   КФ   при определенных исходных данных. Осуществив поиск во всемирной паутине, я увидела, что таких программ нет. Как можно решить эту проблему? Я решила изучить   ИСР  Lazarus  и   создать   такое   ПО.   Актуальность   выбранной   темы обусловлено отсутствием ПО выполняющие расчеты (моделирования) КФ.  9 слайд Мы предлагаем использовать программу для моделирования КФ на   уроках   физики.   Работа   относится   к   прикладным   исследованиям. Значимость   данной   работы   можно   будет   узнать   при   изучении   результатов использования   созданного   ПО.     Прикладная   ценность   полученных результатов  заключается  в  возможности  моделировании   и  создании  разных   вариантов КФ. ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Цель: Научиться конструировать программу на ЯП Паскаль в Lazarus. Задачи:  1. Собрать и изучить теоретический материал по данной теме.  1. Изучить  ЯП¿  Паскаль и способы создания прикладного ПО в ИСР  Lazarus. 2. Разработать контент для наполнения создаваемого  ПО¿ 3. Создать программу моделирующую полет монгольфьера.  . Гипотеза: Чтобы создать монгольфьер способный подняться в небо – нужно  использовать программу моделирующую полет монгольфьера.  Объект исследования: Моделирование полета монгольфьера.  Предмет исследования: Создание прикладных программ на ЯП Паскаль в ИСР¿ Lazarus.  Методы: Анализ источников, изучение теории, создание компьютерной  программы, практическая работа. Основная часть Язык   программирования (ЯП) формальная знаковая   система, —   предназначенная   для   записи компьютерных программ. Язык программирования набор лексических, синтаксических и определяет     определяющих   внешний   вид семантических правил, программы   и   действия,   которые   выполнит   исполнитель (обычно — ЭВМ) под её управлением. Язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые представляют собой набор правил, позволяющих компьютеру выполнить тот или иной вычислительный процесс, организовать управление различными объектами.  Язык программирования Рascal и IDE Lazarus   ЯП  Pascal —   императивный,   структурированный,   объектно­ ориентированный   программирования   со строгой   статической   переменных.   IDE  Lazarus   ­   это   система   с   открытым   исходным   кодом,   которая построена   на   компиляторе   Free   Pascal   Compiler   с   добавлением Интегрированной   Среды   Разработки   (IDE),   которая   включает   в   себя подсветку синтаксиса, редактор кода и визуальный проектировщик форм, а также   библиотеку   компонентов.   Библиотека   Визуальных   Компонентов Lazarus (LCL) включает формы, кнопки, текстовые поля и так далее, которые используются   для   создания   приложений,   которые   имеют   графический интерфейс (GUI).  инструментом программирования для создания прикладных программ.[2]   и   Lazarus   являются   многоцелевым Pascal ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Основы воздухоплаванья Аэростат (воздушный   шар) — летательный   аппарат легче воздуха, принцип   действия   которого   основан   на законе   Архимеда.   Для   создания подъемной   силы   используется   заключённый   в   оболочке газ (или нагретый воздух)   с плотностью   меньшей,   чем   плотность   окружающего воздуха. 3 слайд Монгольфьер — аэростат с оболочкой, наполненной горячим воздухом. Название получил по фамилии изобретателей братьев Монгольфье — Жозеф­ Мишеля и Жак­Этьенна.   Первый   полет   совершил   в   городе Аннонэ  5 июня 1783 года. Подъёмная сила монгольфьера Плотность воздуха может быть выражена формулой: Подъёмная сила монгольфьера в килограммах на 1 м³ объёма оболочки  равна разности плотности воздуха в атмосфере и средней плотности воздуха в оболочке и может быть выражена формулой: Например,   при   атмосферном   давлении   760 мм   рт.   ст.,   температуре атмосферного воздуха 0° С и средней температуре воздуха в оболочке 50° С подъёмная сила монгольфьера составит 0,2 кг на 1 м³ объёма оболочки. При   подъёме   монгольфьера   изменения   давления   и   температуры атмосферного   воздуха   действуют   разнонаправленно:   уменьшение   давления ведёт к уменьшению подъёмной силы, а снижение температуры способствует её увеличению, но влияние давления преобладает, поэтому подъёмная сила монгольфьеров с увеличением высоты убывает. С увеличением температуры воздуха   внутри   оболочки   подъёмная   сила   возрастает,   но   эта   температура весьма   ограничена   жаростойкостью   оболочки.   По   этим   причинам монгольфьеры,   как   правило,   поднимаются   на   высоту   не   более   нескольких сотен метров. Выбор параметров воздушного шара. Объем ВШ. Использую программу мы определили, оптимальный объем для ВШ от 0,1 до 0,4 метра кубического ,по параметру размер ­ грузоподъемность и наши возможности. Созданный шар имеет объем 0,389  м3 .  3 слайд Форма   ВШ   была     определена   из   направления   сил   действующих   на воздушный шар. Для упрощения технологии изготовления летательного аппарата мы выбрали форму равнобедренной трапеции.  ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Так как вес оболочки шара должен быть минимальным, то мы выбрали очень тонкую бумагу ­ кальку. Плотность кальки 40 г/ м2 . Попытка создания ВШ из материала – полипропилена, оказалась не удачной (материал очень сильно электризуется и плавится). Количество теплоты выделяемой горелкой должно быть максимальной при малом весе, поэтому опробовали разные варианты: свечки, газовую зажигалку, тепловой   вен   и   вату   пропитанную   спиртом.   Учитывая     высокую   пожара­ опасность, выбор пал на фен, для запуска в прощении, и вату в открытой местности. ( Закон РФ о запрете запуска китайских фонарей от 17.04.2014 г. №113). Внешние параметры. Как показало моделирование полета в нашей программе, чем   ниже   температура   окружающего   воздуха,   тем   больше   подъемная   сила действующего   на   воздушный   шар.   Запуск   нашего   ВШ   в   помещении   при температуре 25 градусов С показал, что разности температур достаточно для подъема груза массой 2 грамма. При   таких внешних условиях мы можем запускать   ВШ   только   с   помощью   фена.   Запуск   нашего   ВШ   на   улице   при температуре 0 градусов С показал, что ВШ может поднять  груз массой  45 грамм, включая массу горелки. Выбор среды разработки   Создание   компьютерных   программ   подразумевает   знание   языка программирования.   Я   выбрала  Pascal  и   Lazarus,   так   как   они   достаточно просты в освоении, а также бесплатны и находятся в свободном доступе. Программа «Моделирование монгольфьера» 5 слайд Форма   разбита   на   несколько   областей:   область   для   расчета объема   КФ,   область   с   расчетом   максимальной   массы,   область   для моделирования   полета   КФ.   В   пустые   ячейки   предлагается   ввести соответствующие   значения   (данные).   Снизу   формы   размещены   элементы интерфейса, для организации расчета соответствующих параметров КФ. На рисунке   1   представлен   интерфейс   программы   «Моделирование монгольфьера». Рисунок 1 Программный интерфейс   Объекты   «Label»   («Метка»)   предназначены   для   вывода   текста различных надписей. Объекты «Edit» («Окно ввода») предназначены для ввода значений   физических   величин.   Объект   «Button»   («Кнопка»)   позволяет организовать проверку правильности введенных данных.  ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Работа с программой  6 слайд В правой части программы нужно ввести значение размеров КФ и нажать   кнопку   «Рассчитать».   Если   данные   введены   правильно,   выводится сообщение «Объем = значение».  Рисунок 27 слайд 7 слайд В левой части программы нужно ввести значение температуры снаружи и внутри КФ и нажать кнопку «Рассчитать». Если данные введены правильно, выводится сообщение «Масса max = значение».  В нижней части программы нужно ввести значение массы оболочки КФ и нажать кнопку «Рассчитать». Если данные введены правильно, выводится сообщение «КФ полетит» или «КФ не полетит».  Работу   программы   можно   продолжить,   подбирая   параметры   КФ   при которых он взлетит в небо. Рисунок 3 ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Заключение 9 слайд  В результате работы над проектом я изучила основы теории воздухоплаванья, научилась создавать компьютерные программы на объектно­ ориентированном языке программирования. Созданные   программы   оказались   простыми   в   использовании   и достаточно эффективными при моделировании полета монгольфьера.  Я использую созданное мною прикладное ПО для создания КФ. Одним из выводов можно считать подтверждение расчетных данных с результатами практического   эксперимента.   Воздушный   шар   (монгольфьер)   взлетает   при достаточно низкой температуре окружающего воздуха и достаточно мощной, но   легкой   горелки.   (Запрещено   законом   РФ).   Единственным   возможным вариантом запуска КФ является тепловая пушка. Для выяснения эффективности этого ПО необходимо создать несколько разных   КФ   и   проверить   в   полевых   условиях   (при   соблюдении   правил пожарной безопасности).  Если   результаты   апробации   будут   успешными,   то   данное   ПО   можно будет   рекомендовать   использовать   эту   программу   учителям   физики   для демонстрации задач по воздухоплаванью. Одним   из   выводов   из   проделанной   работы   можно   считать, подтверждение   пословицы   «Не   боги   горшки   обжигают»,   т.к.     я   смогла разобраться   в   сложной,   на   первый   взгляд,  интегрированной   средой разработки ПО Lazarus. Наша гипотеза подтвердилась, чтобы создать монгольфьер способный подняться   в   небо   –   нужно   использовать   программу   моделирующую   полет монгольфьера. ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Библиографический список 1. Таланов А. В. Всё о воздушных шарах. — М.: АСТ, Астрель, 2002. —  271 с. Электронные ресурсы ресурс]  –  Режим доступа:  https экрана.   2. Материал   из   Википедии   —   свободной   энциклопедии  [Электронный  /  Lazarus    –  Загл. с  ://   ru   .  wikipedia  /  wiki    .  org    3. Материал из Википедии — свободной энциклопедии [Электронный  ресурс] – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Монгольфьер –  Загл. с экрана. 4. Материал   из   Википедии   —   свободной   энциклопедии  [Электронный доступа: ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/Китайский_фонарик – Загл. с экрана. Режим  – Текст программы «Моделирование монгольфьера» Приложение 1 unit Unit1; {$mode objfpc}{$H+} interface uses   Classes, SysUtils, FileUtil, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, StdCtrls,   ExtCtrls,Math; type   { TForm1 }   TForm1 = class(TForm)     Button1: TButton;     Button2: TButton;     Button3: TButton;     Edit1: TEdit;     Edit2: TEdit;     Edit3: TEdit;     Edit4: TEdit;     Edit5: TEdit;     Edit6: TEdit;     Edit7: TEdit;     Edit8: TEdit;     GroupBox1: TGroupBox;     GroupBox2: TGroupBox;     GroupBox3: TGroupBox;     Image1: TImage;     Image2: TImage;     Label1: TLabel;     Label2: TLabel;     Label3: TLabel;     Label4: TLabel;     Label5: TLabel;     Label6: TLabel;     Label7: TLabel; ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Label8: TLabel;     StaticText1: TStaticText;     StaticText2: TStaticText;     StaticText3: TStaticText;     StaticText4: TStaticText;     procedure Button1Click(Sender: TObject);     procedure Button2Click(Sender: TObject);     procedure Button3Click(Sender: TObject);     procedure FormCreate(Sender: TObject);     procedure StaticText1Click(Sender: TObject);   private     { private declarations }   public     { public declarations }   end; var   Form1: TForm1;   h1,h2,d1,d2,s,s1,s2,v,v1,v2,v3,v4,t1,t2,p1,p2,m,m1,m2,m4:real; implementation {$R *.lfm} { TForm1 } procedure TForm1.StaticText1Click(Sender: TObject); begin end; procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); begin   edit1.Text:='';   edit2.Text:='';   edit3.Text:='';   edit4.Text:='';   image1.Picture.LoadFromFile('ris1.bmp');   image2.Picture.LoadFromFile('ris2.bmp'); end; procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject); begin   h1:=strtofloat(edit1.Text);   h2:=strtofloat(edit2.Text);   d1:=strtofloat(edit3.Text);   d2:=strtofloat(edit4.Text); s1:=(h1*d1)/2;   s2:=((d1+d2)*h2)/2;   s:=(s1+s2)*4;   v1:=h1/3*s1;   v2:=h2/3*(d2*d2+sqrt(d2*d2*d1*d1)+d1*d1);   v:=(v1+v2)/1000000;   v4:=RoundTo(v,­3);   statictext2.Caption:='Объем воздушного шара = '+ floattostr(v4)+' куб.м';   edit7.Text:=floattostr(v4); end; procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject); begin   t1:=strtofloat(edit5.Text);   t2:=strtofloat(edit6.Text);   v3:=strtofloat(edit7.Text);   p1:=(101325*0.029)/(8.3144598*(t1+273));   p2:=(101325*0.029)/(8.3144598*(t2+273));   m:=(p1*v3*(t2­t1)/(t2+273))*1000;   m1:=p2*v3;   m2:=RoundTo(m,­2);   statictext3.Caption:='Масса max = '+ floattostr(m2)+' * 10^­3 кг '; end; procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject); begin   m4:=strtofloat(edit8.Text);   if m2>m4 then   statictext4.Caption:='Воздушный шар взлетит '   else   statictext4.Caption:='Воздушный шар не взлетит'; end; end. ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки. Приложение 2 Рисунок 4 Рисунок 5 Приложение 3 S=Sтреуг.+Sтрапец. S трапец.=1∗(a+b)∗h 2 S треуг.= 1∗а∗h 2 V пирамид.=1 3 S∗h S1+¿√SiS2+S2 3 1∗h¿ усеч.пирам.=¿ V¿ ЯП­ язык программирования; ПО­ программное обеспечение; ИСР­интегрированная среда  разработки.