Bỏ qua nội dung chính

Mô phỏng tương tác Hỗn loạn con lắc kép

Toán học · Hỗn loạn con lắc kép · Trung học phổ thông

Giới thiệu mô phỏng này

Con lắc đơn thì lặp lại: cho nó cùng một khởi đầu là bạn có cùng một kiểu dao động, lần nào cũng vậy. Nối thêm một thanh thứ hai vào đầu thanh thứ nhất thì cũng chính định luật hấp dẫn ấy tạo ra chuyển động không bao giờ lặp lại và không thể đoán trước được lâu. Hai bản sao thả lệch nhau một phần mười độ bám theo nhau hoàn hảo lúc đầu; rồi khoảng cách giữa chúng nhân đôi, rồi lại nhân đôi, với một nhịp đều đặn — nghĩa là nó tăng theo hàm mũ chứ không phải tuyến tính. Trong khoảng mười giây, hai con lắc đang làm những việc hoàn toàn khác nhau. Không có gì ngẫu nhiên và không có gì bị xấp xỉ: các phương trình là chính xác và năng lượng của từng bản sao vẫn giữ vững trong khi hai quỹ đạo tách ra. Thứ thất bại là việc dự đoán, và nó thất bại theo một lịch trình mà bạn đọc được ngay trên đồ thị. Ngược lại, hãy đặt cả hai góc ban đầu thật nhỏ thì cũng con lắc ấy lại rất ngoan, khoảng cách chỉ dao động qua lại và đồ thị nằm ngang — hỗn loạn ở đây là tính chất của việc bạn đẩy nó mạnh đến đâu, chứ không phải của bộ máy. Học sinh có thể thay đổi góc ban đầu của thanh trên và góc ban đầu của thanh dưới rồi so sánh điều gì xảy ra. Hãy dùng cho hoạt động khám phá toán học với Trung học phổ thông, trên máy chiếu hoặc thiết bị của từng học sinh.

Chuẩn kiến thức: Common Core CCSS.MATH.CONTENT.HSF.IF.B.4, CCSS.MATH.CONTENT.HSF.LE.A.1

Học sinh có thể khám phá điều gì

  • Chạy khởi đầu Mạnh rồi đếm số giây cho tới lúc bạn phân biệt được hai con lắc
  • Chuyển sang khởi đầu Nhẹ: khoảng cách thôi tăng lên, vậy con lắc này không phải lúc nào cũng hỗn loạn
  • Chia độ lệch ban đầu cho mười rồi kiểm tra xem việc đó thật sự mua thêm được mấy giây dự đoán
  • Đọc đồ thị lôga: đoạn thẳng chính là tăng trưởng theo hàm mũ, còn độ dốc của nó là nhịp nhân đôi
  • Theo dõi số đọc năng lượng khi hai quỹ đạo tách ra — không đoán trước được không có nghĩa là không bảo toàn

Mục tiêu học tập

  1. 1Dự đoán việc thay đổi góc ban đầu của thanh trên sẽ ảnh hưởng thế nào đến cú hích của thanh trên lúc thả, rồi kiểm chứng dự đoán đó.
  2. 2Dùng bằng chứng từ phép tính trực tiếp và hình ảnh minh họa để giải thích kết quả.

Câu hỏi giáo viên thường đặt ra

Mô phỏng Hỗn loạn con lắc kép có miễn phí không?

Có. Hãy mở mô phỏng Hỗn loạn con lắc kép trên trình duyệt hiện đại, không cần tải về hay đăng ký.

Mô phỏng có phù hợp với Trung học phổ thông không?

Mô phỏng có sẵn các mức học tập bao trùm Trung học phổ thông. Hãy chọn mức phù hợp với lớp của bạn rồi dùng trên máy chiếu hoặc thiết bị của học sinh.

Nhúng mô phỏng này

Đặt vào hệ thống học tập, blog hoặc trang lớp của bạn — miễn phí.

<iframe src="https://kiwibee.io/vn/simulations/double-pendulum-chaos-simulation/embed" title="Mô phỏng tương tác Hỗn loạn con lắc kép | KiwiBee" loading="lazy" allowfullscreen style="width:100%;height:min(70vh,620px);min-height:420px;border:0;border-radius:16px"></iframe>

Tiếp tục khám phá

Ảnh xem trước của Phòng thí nghiệm vòng quay xác suất

Quay vòng quay, tung đồng xu hoặc gieo xúc xắc, rồi quan sát hai nhóm cột: xác suất mà hình dạng dự đoán và kết quả bạn thật sự nhận được. Mười lần quay chẳng chứng minh được gì; sau vài trăm lần, hai nhóm gần như không phân biệt nổi.

Ảnh xem trước của Công cụ vẽ đồ thị hàm số

Gõ bất kì hàm số nào và thấy ngay hình dạng của nó. Vẽ tối đa ba hàm cùng lúc bằng ba màu để so sánh, kéo điểm dò để đọc một giá trị trên đường cong, và xem mỗi hàm cắt trục hoành ở đâu.

Ảnh xem trước của Mô phỏng bài toán ba vật

Hai vật chuyển động dưới tác dụng của hấp dẫn sẽ vẽ nên một elip mãi mãi, và bạn viết được công thức. Thêm vật thứ ba thì công thức ấy không tồn tại. Hãy chạy quỹ đạo hình số tám, chỉnh nhẹ một khối lượng, rồi xem một khuôn mẫu ổn định trở nên không đoán trước được trong khi năng lượng toàn phần vẫn y nguyên.

Ảnh xem trước của Mô phỏng tổng Ri-man và tích phân

Xấp xỉ diện tích dưới đường cong bằng các dải và chọn cách mỗi dải lấy chiều cao: mép trái, mép phải, điểm giữa hay đỉnh nghiêng. Tăng số dải rồi xem sai số giảm xuống, còn tổng cộng dồn được vẽ thành một đường cong riêng.

Ảnh xem trước của Công cụ vẽ đồ thị y = mx + b

Đổi m rồi xem đường thẳng nghiêng đi; đổi b rồi xem nó trượt lên xuống. Hoặc kéo hai điểm trên đường thẳng và đọc phương trình mà nó viết lại cho bạn. Bậc thang «lên trên chia sang ngang» leo dọc đường thẳng để hệ số góc trở thành thứ bạn đếm được.

Từ mô hình đến bằng chứng

Dùng phiếu bài tập để ghi lại dự đoán, quan sát và giải thích sau khi học sinh khám phá.

Mang khoa học tương tác vào lớp học của bạn

Không gian giáo viên miễn phí của KiwiBee gộp soạn bài, phiếu bài tập, công cụ lớp học và sổ điểm vào cùng một nơi.

Bắt đầu miễn phí và tạo lớp học đầu tiên

hoặc khám phá không gian giáo viên →