На чтение: ≈ 11 мин.С 22 по 26 декабря в Москве прошли соревнования Инженерной лиги в рамках 9‑й Международной олимпиады по экспериментальной физике IEPHO-2021 (International Experimental Physics Olympiad). В команду от школы №138 вошли четыре человека: двое ребят из 9‑го «А» класса и двое из 10‑го инженерного класса.
Состав команды: я, Элеанора Булдурова, и Иван Бубенев – 10‑й «А», Владислав Глебов, Борис Астафьев – 9‑й «А».
План мероприятия был таков:
– 22‑го – 20.00‑21.00 – торжественное открытие олимпиады (дистанционно);
– 23‑го – 10.00‑15.00 – первый тур олимпиады (очно);
– 24‑го – 10.00‑15.00 – второй тур олимпиады (очно);
– 25‑го – 11.00‑13.00 – разбор задач (дистанционно);
– 26‑го – 10.00‑14.00 – апелляция согласно расписанию, 15.00‑16.00 – награждение призеров и победителей, закрытие олимпиады.
В вечернее время проходили развлекательные мероприятия в дистанционном формате.
Для подготовки к участию в олимпиаде на базе ЦПМ были организованы учебно-тренировочные сборы по дисциплинам инженерного цикла. В рамках подготовки участники получили теоретические базовые навыки графического программирования в LabView, после чего перешли к практической отработке пройденного материала, собирая схемы на плате Arduino Nano с помощью контроллеров и датчиков. Для учеников 10‑х классов обучение проходило 6, 8, 15 и 17 декабря. Для 9‑х классов – 7, 9, 13 и 14 декабря. Занятия для всех групп проводились с 10.00 до 17.10. В промежутке между второй и третьей парой был организован горячий обед в столовой.
Все участники олимпиады соревновались в личном зачете среди школьников своей параллели. В итоге каждый школьник в индивидуальном зачете мог занять место призера или победителя. А в зависимости от суммы баллов участников одной школы (команды) распределялись призовые места между командами различных школ.
Олимпиада включала в себя два тура, задания на каждом из них были разделены на несколько частей, по результату решения которых можно было выполнить итоговое задание. Продолжительность каждого тура – 5 часов. Задания олимпиады включали в себя элементы физики, схемотехники, работы с платформой Arduino и графического программирования в среде LabView, которая позволяет осуществлять автоматизацию измерительных процессов и управления различным оборудованием в режиме реального времени.
В первом туре главное задание заключалось в изготовлении психрометра, и этот тур затрагивал больше теоретические знания: необходимо было понимать физику процесса работы психрометра.
В первой части надо было проверить работоспособность платы Arduino Nano, написав программу в LabView.
Во второй было теоретическое введение про пары жидкости и влажность воздуха.
В третьей – проверка терморезисторов путем сбора электрической схемы и написания программы в LabView. Также необходимо было отметить разницу температур между двумя терморезисторами.
В четвертой – калибровка терморезисторов. Вначале предлагалось вывести формулу, которая связывает сопротивление терморезистора и напряжение на аналоговом входе платы, написать программу для калибровки датчиков. Далее надо было провести небольшой эксперимент, измерив температуру воды в трех различных состояниях (горячая, холодная и вода комнатной температуры). После, откалибровав полученные значения, получить коэффициенты A, B, C для решения системы уравнений.
В пятой – определение скорости воздушного потока. Первым делом надо было собрать конструкцию, состоящую из прикрученного к деревянному бруску вентилятора, далее вывести формулу для подсчета скорости потока воздуха, проходящего через вентилятор. После провести описанный в задании эксперимент и найти скорость потока.
В шестой – сборка конструкции психрометра, состоящей из гофрированной трубы и твердой трубы с вентилятором.
В седьмой части была теория о работе психрометра и психрометрические формулы.
В восьмой части – сборка финальной конструкции психрометра. Трубы из шестой части должны были быть плотно вставлены в отверстия коробки с крышкой, затем добавились два терморезистора, один из которых был обернут в ткань и опущен в воду.
В девятой части – нахождение психрометрических коэффициентов. Вначале предлагалось написать программу для измерения температуры двух терморезисторов. Далее измерить температуру двух терморезисторов – влажного и сухого при включенном и выключенном вентиляторе. После решить систему уравнений и найти психрометрические коэффициенты (вручную на бумаге или написать соответствующую программу в LabView).
В десятой части – настройка психрометра. Необходимо было написать программу в LabView, которая считывала бы показания с двух терморезисторов, одно из которых пересчитывала бы с помощью полученных в четвертой части коэффициентов A, B и C для калибровки показаний; также в программу надо было ввести полученные в девятой части психрометрические коэффициенты. Предлагалось построить график зависимости относительной влажности воздуха в коробке от времени.
В одиннадцатой части – физический эксперимент. С помощью программы, написанной в десятой части, надо было измерить относительную влажность воздуха в зависимости от времени при избыточном количестве воды в замкнутом сосуде. После письменно объяснить полученные значения.
Во втором туре главным заданием было создание самонаводящейся лазерной указки по двум координатам.
В первой части надо было написать программу в LabView для проверки работоспособности платы Arduino Nano, а также предусмотреть в программе элементы управления лазером через кнопку.
Во второй части – проверка сервоприводов. Необходимо было написать программу для поворота сервопривода в зависимости от «шага», который подается человеком.
В третьей – проверка фоторезисторов путем сбора электрической схемы и написания программы в LabView. Далее, используя готовую программу, необходимо было вычислить значение интенсивности освещения, считываемое с двух фоторезисторов.
В четвертой части – калибровка пары фоторезисторов. Вначале предлагалось вывести логарифмическую формулу линейной зависимости степени интенсивности от сопротивления фоторезистора, далее написать программу для калибровки датчиков. После, откалибровав полученные значения в третьей части, получить коэффициенты A и B.
В пятой части – сборка кронштейна с двумя сервоприводами. На верхней части кронштейна надо было установить брусок, через который были проведены две пары фоторезисторов, каждая пара датчиков считывала освещенность в двух разных системах отсчета (по вертикали и по горизонтали).
В шестой части – написание программы следящей системы в LabView. Вначале программа должна была измерить уровень с двух фоторезисторов, вычислить разность сигналов, умножить ее на некоторый коэффициент, далее вычислить необходимое значение положения сервопривода относительно текущего значения, повернуть сервопривод в это положение. Этот алгоритм бесконечно повторялся до нажатия кнопки «стоп».
В седьмой части – сборка финальной конструкции следящей системы. Для управления системой предлагалось использовать две отдельные платы Arduino Nano, к одной из которых подключались один из двух сервоприводов и одна пара фоторезисторов, а к другой подключались второй сервопривод и другая пара фоторезисторов. Далее необходимо было переписать программу из шестой части для поиска яркого источника света по двум координатам и «выстреливания» по нему лазером.
По завершении олимпиады каждый ученик нашей команды в личном зачете выиграл «серебро» и диплом II степени, также мы получили ценные подарки (беспроводную зарядку и магнитную ручку). Так как в сумме у нашей команды было больше всего баллов, мы получили Гран-при и выиграли кубок в командном зачете Инженерной лиги 9‑й Международной олимпиады по экспериментальной физике IEPHO-2021 (International Experimental Physics Olympiad).
Элеанора БУЛДУРОВА, ученица 10‑го инженерного класса школы №138
Выбор читателей
Комментарии