Департамент образования и молодёжной политики

Ханты-Мансийского автономного округа - Югры

Бюджетное учреждение высшего образования

Ханты-Мансийского 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

Проект «Конструирование программы «Моделирование монгольфьера» в ИСР Lazarus» описывает работу по созданию прикладного программное обеспечение.

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 язык программирования может создать собственное программное обеспечение для удовлетворения своих информационных потребностей.

Введение

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 китайский фонарик, при каких условиях китайский фонарик взлетит? Можно было выполнить все расчеты в ручную, а можно «поручить» выполнить эту работу компьютерной программе. Я остановилась на варианте использования компьютера и программы выполняющей расчеты параметров китайского фонаря. На уроках информатики мы изучали программирование, но решали простые задачи. А компьютерная программа должна выполнить все расчеты и определить, полетит ли китайский фонарик 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) китайский фонарик.

Мы предлагаем использовать программу для моделирования китайский фонарик на уроках физики. Работа относится к прикладным исследованиям. Значимость данной работы можно будет узнать при изучении результатов использования созданного программное обеспечение. Прикладная ценность полученных результатов заключается в возможности моделировании и создании разных вариантов китайский фонарик.

Цель: Научиться конструировать программу на ЯП Паскаль в Lazarus.

Задачи:

1. Собрать и изучить теоретический материал по данной теме.

1. Изучить язык программирования Паскаль и способы создания прикладного программное обеспечение в ИСР Lazarus.

2. Разработать контент для наполнения создаваемого программное обеспечение.

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 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 определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид 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). Pascal и Lazarus являются многоцелевым инструментом программирования для создания прикладных программ.[2]

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.

Монгольфьер - аэростат с оболочкой, наполненной горячим воздухом. Название получил по фамилии изобретателей братьев Монгольфье - Жозеф-Мишеля и Жак-Этьенна. 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 .

Форма ВШ была определена из направления сил действующих на воздушный шар.

Для упрощения технологии изготовления летательного аппарата мы выбрали форму равнобедренной трапеции.

Так как вес оболочки шара должен быть минимальным, то мы выбрали очень тонкую бумагу - кальку. Плотность кальки 40 г/. 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 воздушного шара 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 воздушный шар только с помощью фена. Запуск нашего воздушного шара на улице при температуре 0 градусов С показал, что воздушный шар 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»

Форма разбита на несколько областей: область для расчета объема китайский фонарик, область с расчетом максимальной массы, область для моделирования полета китайский фонарик. В пустые ячейки предлагается ввести соответствующие значения (данные). Снизу формы размещены элементы интерфейса, для организации расчета соответствующих параметров китайский фонарик. 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.

Работа с программой

В правой части программы нужно ввести значение размеров КФ и нажать кнопку «Рассчитать». Если данные введены правильно, выводится сообщение «Объем = значение».

Рисунок 2

В левой части программы нужно ввести значение температуры снаружи и внутри китайский фонарик 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 «Китайский фонарик полетит» или «Китайский фонарик не полетит».

Работу программы можно продолжить, подбирая параметры КФ при которых он взлетит в небо.

Рисунок 3

Заключение

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 программное обеспечение для создания китайский фонарик. 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 программное обеспечение необходимо создать несколько разных китайский фонарик и проверить в полевых условиях (при соблюдении правил пожарной безопасности).

Если результаты апробации будут успешными, то данное программное обеспечение 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 программное обеспечение Lazarus.

Наша гипотеза подтвердилась, чтобы создать монгольфьер способный подняться в небо - нужно использовать программу моделирующую полет монгольфьера.

Библиографический список

1. Таланов А. В. Всё о воздушных шарах. - М.: АСТ, Астрель, 2002. - 271 с.

Электронные ресурсы

2. Материал из Википедии - свободной энциклопедии [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lazarus - Загл. с экрана.

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 ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Китайский_фонарик - Загл. с экрана.

Приложение 1

Текст программы «Моделирование монгольфьера»

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;

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*(t2-t1)/(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.

Приложение 2

Рисунок 4

Рисунок 5

</ Приложение 3