طراحی فعالیت آموزشی برای تدریس گرانش با شبیه ساز های آنلاین کامپیوتری

پژوهش حاضر به بررسی تجربی رابطه نیروی گرانش با جرم و فاصله بین دو جسم با استفاده از شبیه‌ساز «آزمایشگاه نیروی گرانش» پلتفرم phet می‌پردازد. هدف این مطالعه، تحلیل سیستماتیک و کمی متغیرهای موثر بر نیروی گرانش و ارزیابی انطباق نتایج به‌دست‌آمده با پیش‌بینی‌های نظریه نیوتن است. در این راستا، با استفاده از روش‌های شبیه‌سازی رایانه‌ای، داده‌های مربوط به نیروی گرانش بین دو جسم با جرم‌های مختلف و فاصله‌های متغیر جمع‌آوری و تحلیل شد. یافته‌های پژوهش نشان می‌دهد که نیروی گرانش به‌طور مستقیم و خطی با حاصل ضرب جرم دو جسم رابطه دارد، به‌طوری‌که ضریب تعیین r² برابر با 0.998 محاسبه شده است. همچنین، نتایج نشان‌دهنده این است که نیروی گرانش با مربع فاصله بین مراکز جرم دو جسم رابطه معکوس غیرخطی دارد. این یافته‌ها به‌وضوح تاییدکننده نظریه نیوتن در مورد گرانش هستند و خطای نسبی محاسبه‌شده کمتر از 0.5 درصد است. نتایج این مطالعه نشان‌دهنده کارایی شبیه‌سازهای تعاملی در آموزش مفاهیم پیچیده فیزیک و قابلیت استفاده از آن‌ها به‌عنوان جایگزینی مناسب برای آزمایشگاه‌های سنتی است. این پژوهش می‌تواند به عنوان یک منبع آموزشی موثر برای دانش‌آموزان و دانشجویان در درک بهتر اصول گرانش و تعاملات بین اجسام مورد استفاده قرار گیرد. به‌علاوه، نتایج به‌دست‌آمده می‌تواند زمینه‌ساز تحقیقات آینده در حوزه‌های مرتبط با فیزیک گرانش و شبیه‌سازی‌های آموزشی باشد.

designing an educational activity to teach gravity with online computer simulators

the present study experimentally investigates the relationship between gravitational force and mass and distance between two objects, using the phet platform s gravity force lab simulator. this study, with a quantitative approach and using computer simulation methods, systematically analyzes the variables affecting gravitational force. the findings of the study show that gravitational force has a direct linear relationship with the product of the masses of two objects (coefficient of determination 0.998) and follows a nonlinear inverse relationship with the square of the distance between their centers of mass. the results obtained are in significant agreement with the predictions of newton s theory and show a relative error of less than 0.5%. this study confirms the effectiveness of interactive simulators in teaching complex physics concepts and the possibility of using them as a suitable alternative to traditional laboratories.