201621. lajstromszámú szabadalom • Modellező eszköz töltés hatására, illetve töltéssel jellemzett objektumok között lejátszódó folyamatok szemléltetésére
1 HU 201621 B 2 A találmány tárgya modellező eszköz töltés hatására, illetve töltéssel jellemzett objektumok között lejátszódó folyamatok szemléltetésére, amely tartóelemet és a tartóelemmel megtámasztott, legalább egy síkban elmozdulni képes, töltéssel jellemzett legalább egy modellező elemet tartalmaz. A találmány szerinti modellező eszköz elsősorban a fizikai jelenségek oktatásának hasznos segítője, de alkalmas minden olyan fizikai, kémiai, biokémiai és biofizikai jelenség szemléltetésére, amelyekben elektromos töltések, elektromosan töltött objektumok, illetve mágnesesen polarizált testek, objektumok között lejátszódó folyamatok meghatározó jellegűek. A javasolt eszköz töltés, töltéssel jellemzett részecske, illetve dipól modellezésére alkalmas. A modellezés régóta alkalmazott eszköz bonyolult, különböző okoknál fogva nehezen áttekinthető jelenségek megértetésére, szemléltetésére, például Gilbert 1600-ban mágneses vasércből készült gömbbel és iránytűvel mutatta be a fóldmágnesség jelenségét. Jól ismert elektromosan töltött elemek, például felfüggesztett modellező elem, célszerűen gömb és pálcika felhasználása a töltések között fellépő vonzás és taszítás bemutatására. Ugyanilyen jellegű, mágnest tartalmazó szemléltető eszközök szintén léteznek. Az említett eszközökkel azonban csak a legegyszerűbb alapfogalmak szemléltethetők. Korábbi években bemutatott és publikált munkáinak összegzése található meg Poul Thomsen cikkében (Fizikai Szemle, 1984, 3-4. szám, 132. o.). Az általa javasolt szemléltető eszközben tartóelem és tartóelemmel megtámasztott több modellező elem, mindenek előtt mágnes van, ahol a mágnesek egymás mellett vannak felfüggesztve és legalább egy síkban elmozdulni képesek. A szerző ezt az eszközt termodinamikai folyamatok, mindenek előtt az energia szétszóródásának szemléltetésére javasolja, ezen kívül alkalmas a longitudinális hullámok terjedésének bemutatáséra. Ez az eszköz a rezgő pontszerű testek modellezésére alkalmas, a jelenségek viszonylag szűk körében használható, a töltött részecskékkel, dipólokkal lejátszódó folyamatok szemléltetése alig lehetséges. Az elmúlt években a bonyolultabb és ugyancsak az energia terjedésével, szétszóródásával kapcsolatos jelenségek bemutatására összetett szerkezetű eszközöket is létrehoztak. így Márton Attila .A légpárna alkalmazása a fizikában' című könyvében (Dacia, Kolozsvár, 1982, 103. o.) légpárnás elrendezést javasol, hogy a terjedési jelenségek bemutatását zavaró megtámasztásokat elkerüljék. A modellező eszközök ebben az esetben légpárnával alulról megtámasztott, cérnaszállal légpárnás asztalhoz horgonyzott mágneses korongok. Ez az eszköz ugyancsak nem használható a töltött részecskék, dipólok között lejátszódó folyamatok szemléltetésére, felépítése bonyolult, a szemléltetés maga az iskolában általában nem megengedhetóen hosszú időtartamú előkészítést igényel. A találmány feladata olyan egyszerűen megvalósítható szemléltető, modellező eszköz létrehozása, amellyel a fizikai jelenségek mellett a töltés hatására, illetve töltéssel jellemzett objektumok (töltött testek, elektromos vagy mágneses dipólnak tekinthető testek) között lejátszódó kémiai és biokémiai, biofizikai folyamatok szintén jól szemléltethetők, és amelynek alkalmazása különösebb előkészületet nem igényel. A találmány alapja az a felismerés, hogy elektromosan jól töltődő anyagból, azaz dielektrikumból vagy erősen mágneses anyagból készült, kis közegellenállású és könnyű modellező elemeket, különösen forgástesteket alkalmazva a természeti jelenségek széles körének modellezésére alkalmas eszköz állítható elő, ha a modellező elemek egy síkban történő mozgásét megengedő kétpontos megtámasztási rendszert hozunk létre megvezetésükhöz. A kitűzött feladat megoldására olyan, töltés hatására, illetve töltéssel jellemzett objektumok között lejátszódó folyamatok szemléltetésére alkalmas modellező eszközt dolgoztunk ki, amely tartóelemet és a tartóelemmel megtámasztott, legalább egy síkban elmozdulni képes, töltéssel jellemzett (azaz elektrosztatikusán feltölthető vagy mágneses anyagú) legalább egy modellező elemet tartalmaz, ahol a találmány szerint a tartóelem a modellező elem síkbeli megtámasztását kétpontos megtámasztással lehetővé tevő legalább két, célszerűen egymással párhuzamos megvezető éllel van ellátva és a megvezető éllel az elmozdulást korlátozó, adott esetben változtatható térbeli elrendezésű határolóelem van csatlakoztatva. A megvezető élek célszerűen húrok, adott esetben feszített húrok, rugalmas anyagú feszített vagy merev síkelemek széleiként vannak kiképezve, adott esetben egy vagy több bemélyedés és/vagy kiemelkedés tagolja a megvezető él vonalát, potenciálgödör, vagy potenciálcsúcs modellezésére. A töltésmegosztás jelenségeinek, a hullámfolyamatok tanulmányozása válik végrehajthatóvá, ha a megvezető éleket meghatározó elemekben egy vagy több, a modellező elemet vagy megfogását befogadó nyílás van. A tartóelem célszerűen alaplapból vagy rúdszerű kitámasztó alaplécből és ehhez illesztett, a megvezető éleket meghatározó elemeket megfogó oldalelemekből áll. Az oldalelemek lehetnek oldalfalak, amelyek azonos vagy eltérő magasságúak; ez utóbbi esetben több modellező eszköz csatolható egymással, hoszszabb megvezető élek kifeszítése vélik lehetővé. A javasolt modellező eszköz egy másik, különösen mágneses modellező eszközökkel jól használható kiviteli alakjában a tartóelem 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
