Projektforslag til SRP. Endagsarrangementer



Relaterede dokumenter
TALENTTILBUD. I samarbejde med ungdomsuddannelserne i Fredericia Kommune

Resonans 'modes' på en streng

Nedenfor er tegnet svingningsmønsteret for to sinus-toner med frekvensen 440 og 443 Hz:

Mini SRP. Afkøling. Klasse 2.4. Navn: Jacob Pihlkjær Hjortshøj, Jonatan Geysner Hvidberg og Kevin Høst Husted

Fagårsplan 10/11 Fag: Matematik Klasse: 7.ABC Lærer: Henrik Stillits. Fagområde/ emne

Maskiner og robotter til leg og læring

Simulering af stokastiske fænomener med Excel

Her er et spørgsmål, du måske aldrig har overvejet: kan man finde to trekanter med samme areal?

STUDIERETNINGSPROJEKT 2010

Undervisningsministeriets Fælles Mål for folkeskolen. Faglige Mål og Kernestof for gymnasiet.

MAS Trappe Robot. Programmering af Robotter og andre Fysiske Enheder University of Southern Denmark

Fig. 1 Billede af de 60 terninger på mit skrivebord

Fysik 2 - Den Harmoniske Oscillator

Simulering af stokastiske fænomener med Excel

CIVILINGENIØR I VELFÆRDSTEKNOLOGI - bachelordel

Undervisningsbeskrivelse

Pointen med Funktioner

Space Challenge og Undervisningsminsteriets Fælles Mål for folkeskolen

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Jan B. Larsen HTX Næstved Computational Thinking Albena Nielsen N. Zahles Gymnasium 2018/2019

Harmonisk oscillator. Thorbjørn Serritslev Nieslen Erik Warren Tindall

Kaotisk kuglebevægelse En dynamisk analyse

nødvendige at vide noget om hvis man skal vide noget om det indre at en computer, de 5 emner er harddisk, RAM, grafikkort, bundkort og processer.

En musikalsk praktisk introduktion til Stemninger. Feb-08

Vinkelrette linjer. Frank Villa. 4. november 2014

David Kallestrup, Aarhus School of Engineering, SRP-forløb ved Maskinteknisk retning 1

Projekt 4.9 Bernouillis differentialligning

Naturvidenskab. En fællesbetegnelse for videnskaberne om naturen, dvs. astronomi, fysik, kemi, biologi, naturgeografi, biofysik, meteorologi, osv

Michael Jokil

Teori og opgaver med udgangspunkt i udvalgte områder i Køge Bugt regionen

Pædagogisk vejledning til. Materialesæt. Sphero.

Danmarks Tekniske Universitet

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. 25. August 2011 kl

Almen studieforberedelse. 3.g

Hvordan laver man et perfekt indkast?

Danmarks Tekniske Universitet

Undervisningsbeskrivelse

Tilstandskontrol. ved hjælp af vibrationsanalyse

Lærerorientering til opgaver pa Bakken og i Dyrehaven:

Apparatur: 1 EV3 startkasse, målebånd, sort bred lærredstape, oplader, kan benyttes som passer, kridt, plader til at lave bakker med, niveauborde.

Studieretningsopgave

Årsplan 8. klasse matematik Uge Emne Faglige mål Trinmål Materialer/ systemer 33 og løbende

Årsplan i matematik for 9. klasse 2018/2019

Enes Kücükavci Roskilde Tekniske Gymnasium Mathias Turac Informationsteknolog B Vejleder: Karl Bjranasson Programmering C

Undervisningsbeskrivelse

Termin maj-juni Institution HF uddannelsen i Nørre Nissum, VIA University College Uddannelse Hf. Matematik B, hfe bekendtgørelsen.

Årsplan i matematik for 8. klasse 2019/2020

Simulering af dynamiske systemer

Matematik A eksamen 14. august Delprøve 1

Fraktaler Mandelbrots Mængde

Elektronikken bag medicinsk måleudstyr

Kapitel 9 Den uddannelsesspecifikke del af studieordningen for diplomingeniøruddannelsen DATATEKNIK (ED)

Dæmpet harmonisk oscillator

Musik, matematik og forholdsregler

Fagårsplan 10/11 Fag: Matematik Klasse: 8.A Lærer: Henrik Stillits Fagområde/ emne Færdighedsregning - Typer af opgaver - Systematik

LEGO MINDSTORMS Education. Green City. Fremtiden tilhører de kreative. Problemløsning. Robotter og it Kreativitet. Samarbejde.

Relativitetsteori. Henrik I. Andreasen Foredrag afholdt i matematikklubben Eksponenten Thisted Gymnasium 2015

Dynamik. 1. Kræfter i ligevægt. Overvejelser over kræfter i ligevægt er meget vigtige i den moderne fysik.

FYSIKEMNE 1: SOLPANELER INTRODUKTION AKTIVITETEN I NATURV IDENSKABERNES HUS ORGANISERING TEORI

Naturlige talenter. Aalborg Katedralskole

Bliv klog på dit klima

Årsplan i matematik for 9. klasse 2017/2018

Faglige delmål og slutmål i faget Matematik. Trin 1

MATEMATIK. Formål for faget

Undervisningsoplæg til CanSat

Maria Damlund, Hornbæk skole

Undervisningsplan. Oversigt over planlagte undervisningsforløb. Udarbejdet august Termin Januar 2017 Juni Uddannelse HTX.

Matematik. Matematiske kompetencer

Eksempler på differentialligningsmodeller

GUX. Matematik. A-Niveau. Torsdag den 26. maj Kl Prøveform a GUX161 - MAA

Opgaveformuleringer til studieprojekt - Matematik og andet/andre fag:

Bringing Mathematics to Earth... using many languages 155

Danmarks Tekniske Universitet

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 2. juni 2015 kl

En verden af fluider bevægelse omkring en kugle

Årsplan i matematik for 8. klasse 2017/2018

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 9. juni 2011 kl

Årsplan for Matematik 8. klasse 2011/2012

Tal. Vi mener, vi kender og kan bruge følgende talmængder: N : de positive hele tal, Z : de hele tal, Q: de rationale tal.

Videnskab & Teknologi

Denne pdf-fil er downloadet fra Illustreret Videnskabs website ( og må ikke videregives til tredjepart.

Nedenstående opgaver er lavet til en Allen-Bradley PLC, men uden videre tilpasses andre PLC typer.

Årsplan for 7. klasse, matematik

Pythagoras Sætning. Frank Nasser. 20. april 2011

En f- dag om matematik i toner og instrumenter

Fremtidens kassesystem

Lysets hastighed. Navn: Rami Kaddoura Klasse: 1.4 Fag: Matematik A Skole: Roskilde tekniske gymnasium, Htx Dato:

Selam Friskole Fagplan for Matematik

Årsplan for 5. klasse, matematik

Et CAS program til Word.

I kapitlet arbejdes med følgende centrale matematiske objekter og begreber:

Impuls og kinetisk energi

Undervisningsbeskrivelse

HØJERE FORBEREDELSESEKSAMEN DECEMBER 2007 MATEMATIK B-NIVEAU. Tirsdag den 18. december Kl HFE073-MAB

Faglig årsplan Skolerne i Oure Sport & Performance. Emne Tema Materialer. Læringsmål Faglige aktiviteter. Evaluering.

Undervisningsbeskrivelse

MATEMATIK. GIDEONSKOLENS UNDERVISNINGSPLAN Oversigt over undervisning i forhold til trinmål og slutmål

Undervisningsbeskrivelse

Transkript:

Projektforslag til SRP & Endagsarrangementer

Reguleringsteknik Fysik og matematik Aktiviteten indeholder to dele, en teoretisk del og en laboratoriedel. I den teoretiske del forklares reguleringsteknik ved hjælp af forskelligt praktisk forekommen problemstillinger, f.eks. rumtemperaturregulering, Ph-regulering, væsketank niveauregulering og regulering af hastighed. Ud fra eksemplerne vises et mere generelt koncept der dækker de nævnte eksempler. Det forklares at de dynamiske egenskaber (differentialligninger) er vigtig i regulering, samt at en matematisk beskrivelse (model) af de objekter der skal reguleres er vigtig. Der tages udgang i et konkret eksempel hvor der skal bakkes med en bil med anhænger. Styreinput til systemet (bil+anhænger+placeringer) er rattets vinkel og output (det der skal reguleres) er vinklen mellem bilen og anhængeren. Denne vinkel måles. Der stilles en model op af systemet. Modellen er en differentialligning hvor de to nævnte vinkler indgår. Det vises at der kan laves en reguleringsalgoritme som ved at måle vinklen mellem bil og hænger, er i stand til at styre rattets vinkel så det samlede system bliver stabilt, eller sagt på en anden måde så bilen automatisk kan bakke med anhænger uden at vinklen knækker. I laboratoriedelen afprøves den opstillede teori. Her anvendes Lego biler med en arduino computer. Der er opstillet en algoritme hvor det er muligt at ændre parametrene. Det vises at det opnåede kendskab fra den teoretiske del passer med det praktiske liv. Side 2 af 11

Modellering af bevægelsesapparatet Fysik/matematik og idræt; fysik og matematik Kroppens bevægeapparat, dvs. muskler og skelet, kan med fordel beskrives vha. mekanisk fysik. Herigennem opnås matematiske modeller for belastninger i muskler og led, der kan anvendes til at forudsige f.eks. skader, men også bruges til at foreslå mere fordelagtige bevægelsesmønstre for f.eks. idrætsfolk eller, når man skal konstruere robotter, der kan bevæge sig som mennesker. De matematiske ligninger kan i simple tilfælde løses analytisk, men som oftest må man ty til såkaldt numerisk løsning af ligningerne, såkaldt simulering. For at få modellerne mere præcise kan man sammenligne simuleringsresultater med optagelser af rigtige mennesker. Side 3 af 11

Stabilisering af Pendulet Fysik og matematik Automation & Control For at et (dynamisk) system skal være interessant set med anvendelses øjne, er det nødvendigt at systemet kan beskrives som et input/output (IO) system, dvs. et system hvis beskrivelse indeholder størrelser (input) der kan påvirkes udefra samt størrelser (output) der kan observeres udefra. Eksempel vis hvis systemet beskriver en bil, da kan speeder og styrtøj betragtes som inputs og bilens placering på vejbane som et output. For et IO system er den typiske problemstilling ofte den at man ønsker at designe et input signal således at outputtet (dvs. den del af systemet der observeres) følger en ønsket reference. For bil eksemplet ovenfor kunne det omhandle design af autopilot, dvs. hvilket signal skulle sendes til motoren således at bilen holder en konstant fart på 100 km/t (bemærk at signalet ville afhænge af blandt andet vind og terræn). Teorien der beskriver hvorledes dette muligøres kaldes kontrol (eller regulerings) teori. I dette projekt vil vi eksemplificere kontrol teorien gennem et studie af hvorledes man stabilisere et omvendt pendul (figur 1). Mere præcist, betragt figur 1 og antag vi kan styre pendulet (dvs. vinklen θ) vedhjælp af en motor fastgjort ved lejet nederst i figur 1. Opgaven består nu i at designe et signal (input) til motoren således at pendulet altid står lodret (dvs. således at referencen θ=0 følges). Nedenfor ses forsøgsopstillingen hørende til dette projekt. Side 4 af 11

Dampmaskinen Fysik og historie; fysik og matematik Selvom dampmaskinen kan fremstå som noget, der hører hjemme på teknisk museum, skal man huske, at den i en moderne form stadig er kernen i moderne energiforsyning. Dampturbiner omsætter termisk energi i damp til elektrisk energi på alle el-kraftværker. Termodynamikken danner teoretisk grundlag for analysen af dampmaskinens bevægelse og energiforhold. De termodynamiske ligninger kan udledes, analyseres og simuleres og resultaterne kan sammenlignes med resultater opnået ved forsøg med skalamodeller. Side 5 af 11

Guitar-stemmer Fysik og musik; fysik og matematik Hovedparten af den musik, der bliver spillet og hørt, tilfredsstiller forholdsvis ens krav til lydlig æstetik. Således skal musikken, bortset fra enkelte genrer, lyde pænt, hvilket den gør, når instrumenterne er stemt. Den lydlige æstetik går i hvert fald tilbage til Pythagoras og sikkert længere tilbage. Pythagoras var klar over, at frekvenser/toner blandet sammen med deres dobbelte frekvens lød pænt, ligesom frekvenser med forholdet 3/2 imellem sig. I musikteorien hedder forholdet 1:2 for en oktav og 2:3 en kvint. Pythagoras vidste også, at to toner i forholdet 1:2 havde samme virkning blandet sammen med andre toner. Derfor foreslog han en stemning, hvor den næste tone i rækken altid blev en kvint højere, dvs.: 1,3/2,9/8 (/2), osv. Moderne stemning anvender 12. rødder af to og er en slags tilnærmelse til den stemning, Pythagoras foreslog. En guitar stemmes ved at stramme eller slække strengen, idet strengen vibrerer hurtigere, når den er stram. I en moderne guitarstemmer sammenlignes tonehøjden på en streng med en standard frekvens og fortæller så brugeren, om der skal strammes eller slækkes. Man kan modellere strengens svingninger vha. løsninger til bjælkeligningen, foretage simulering eller evt. lave en reguleringsmekanisme, hvor strengen strammes/slækkes vha. en elmotor, så den ønskede tone rammes til sidst. Side 6 af 11

Stabilisering af vindmøller Matematik/fysik og samfundsfag; matematik og fysik Selv om vindmøller jo, som navnet antyder, er beregnet til at stå i et vindfelt, bliver møllerne udsat for enorme kræfter, de som udgangspunkt ikke kan holde til. Når de alligevel ikke går i stykker inden for få minutters vindpåvirkning, skyldes det, at vingerne sidder i en mekanisme, der kan dreje dem ud af vinden, så kraften reduceres, når det er nødvendigt. Beslutningen om hvor meget vingerne skal drejes ind eller ud af vinden, foretages af en såkaldt regulator, der på den ene side skal sørge for, at møllen ikke lider overlast, og på den anden side for at man får så meget energi ud af vinden som muligt. Gøres det forkert, kan møllen imidlertid bringes i svingninger, der får den til at gå i stykker på få minutter. I projektet undersøges principperne for vindmølleregulering, og der udledes formler for, hvornår en vindmølleregulator stabiliserer en vindmølle. Resultaterne kan sammenlignes med resultater opnået ved forsøg med skalamodeller. Side 7 af 11

Raketter og deres virkemåde Matematik/fysik og historie; matematik og fysik Raketter spiller en vital rolle i forbindelse med udforskningen af rummet samt til at få bragt satellitter i kredsløb omkring jorden. Skønt raketter, som bruges til rumfart er meget komplicerede maskiner, så følger grundprincipperne Newtons 3. lov. Til at illustrere principperne råder AAU over en række forskellige vandog luftdrevne raketter, som kan bruges til at eftervise de dynamiske og kinematiske ligninger, som indgår i modellerne for raketter. Side 8 af 11

Mini-satellit (CanSat) Matematik/fysik og samfundsfag; matematik og fysik Satellitter spiller en meget vigtig del af vores hverdag, skønt vi knapt ligger mærke til dem. Alt, lige fra internet, telefoni over fjernsynssignaler til GPS bliver transmitteret via satellitter i kredsløb omkring jorden. Det tager ofte mange år og koster mange millioner kroner at lave en satellit. Det er dog også muligt at lave mindre satellitter, såkaldte Cubesats, som der over de seneste år er fremstillet flere af på Aalborg Universitet. En mere tilgængelig version af en satellit kan være en såkaldt CanSat - en satellit, som kan være indeni en 33cl dåse. I dette projekt opbygges en lille satellit, som indeholder alle de delsystemer, som en rigtig satellit også vil indeholde, det være sig strømforsyning, kommunikationsmodul og videnskabelig nyttelast. Den færdige CanSat kan testes ved at lade den dale mod jorden i en faldskærm enten fra en høj bygning eller frigivet fra en helikopter i lav højde. Side 9 af 11

Magnus effekten Matematik og fysik Magnus effekten er den effekt der forklare hvorfor en spindende bold i bevægelse skruer. I dette projekt vil vi studerer dette fænomen både teoretisk og praktisk. Til studiet af Magnus effekten er der udviklet en forsøgsopstilling som vist på billede nedenfor. Side 10 af 11

Introduktion til LEGO Mindstorms LEGO Mindstorms er mere end blot legetøj, det kan også udnyttes til at illustrere fysiske principper, opbygge forsøgsopstillinger og give forståelse for programmering på en letforståelig og underholdende måde. Aalborg Universitet har i en årrække brugt det som redskab i undervisningen på de lavere semestre, Automation & Control og de nordjyske gymnasieskoler har for nyligt investeret i et anseligt antal Mindstorms sæt, som skolerne kan låne til tilsvarende formål. Denne kursusdag vil gennem en række hands-on øvelser give en præsentation af mulighederne for at bruge Lego-robotter og lignende i egen undervisning. Ud over øvelserne gives en række korte foredrag: - Introduktion til Mindstorm computer, sensorer og akuatorer - Differentialligningsmodeller - Simple tilbagekobling proportionalregulering Side 11 af 11