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Introducción a Crocodile Physics

Indice

Crocodile Clips –Experimentos gráficos virtuales

¿Para qué usar Crocodile Clips?

Tres maneras de usar Crocodile Clips

Primeros pasos

Circuitos eléctricos

Óptica geométrica

Movimiento

Ondas

Dibujar una gráfica

Cómo hacer una presentación.

Referencias

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Crocodile Clips –Experimentos gráficos virtuales

¿Qué es Crocodile Clips?

Crocodile Clips es una herramienta para realizar modelizaciones y simulaciones en física, química, TIC y programación, diseño y matemáticas. Esta herramienta permite realizar experimentos muy precisos en el laboratorio virtual. Por ello es un instrumento virtual que permite crear con facilidad experimentos virtuales. Estos experimentos son fácilmente adaptables y pueden usarse con alumnos entre 10 y 18 años. Es un laboratrio sencillo de usar y a la vez es muy exacto.

¿Qué son instrumentos virtuales?

Se entiende por instrumento virtual un sistema de medida controlado por un ordenador. El control de de los instrumentos físicos, reales, puede realizarse con el teclado, el ratón y un monitor. En una interpretación más amplia de la instrumentación virtual se incluyen los procesos de modelización, las simulaciones de instrumentos o la ejecución de animaciones de de sistemas de medidas. En este último sentido, Crocodile Clips es un instrumento virtual.

¿Para qué usar Crocodile Clips?

La instrumentación virtual puede usarse para crear pequeñas aplicaciones que simulen instrumentos del mundo real y animaciones y modelizaciones de procesos físicos, por ejemplo, para mostrar cómo se desarrollan los experimentos físicos y analizar cómo funcionan. No sólo es una buen herramienta que sustituye experimentos caros o peligrosos sino también un buen complemento del trabajo en el laboratorio ‘real’.

Primeros pasosEste tutorial te guiará paso a paso en la creación de algunos experimentos sencillos.

Sigue las instrucciones y trata de hacer los ejercicios propuestos al final de cada capítulo. Ahora verás muchas capturas de pantalla, algunas tienen incorporadas algunas indicaciones (en inglés) que pueden ser de ayuda.

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Pantalla de bienvenidaEl menu Introducción está desplegado.

Modo Pantalla completa.

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Botones Pausa y Cargar página.

La bandeja de componentes es diferente en cada sección.

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Arrastramos la bola desde la bandeja de componentes.

Barra unida a la bola y caja. La selección de Propiedades está a la vista.Podemos relacionar las propiedades con diferentes elementos, como la bola (velocidad, posición en el eje x) o la barra (ángulo desde la vertical…)

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Circuitos eléctricos

Al finalizar este tutorial podras montar un sencillo circuito eléctrico con bombillas, fuentes de alimentación, voltímetros, amperímetros, resistencias…

Empezamos: Haz click en: CONTENIDOS>INTRODUCCIÓN>Construir un circuito sencillo.

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Training Ma

El voltaje se puede ajustar haciendo click en el enlace 9 V a la izquierda de la batería.

Arrastra el ratón para conectar la batería, la bombilla y el interruptor.

Pulsa el interruptor para encender la bombilla.

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Haz clic en el valor del voltaje. Puedes dar diferentes valores hasta un máximo de 90 V.

Vuelve a encender la bombilla y …

Para reparar la bombilla, haz clic sobre el símbolo de alerta.

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Vuelve a poner el valor de 9 V en la batería y añade un voltímetro, un amperímetro y un fusible.

Ejercicios

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1. Coloca un voltímetro y un amperímetro en el circuito, como muestra la imagen y comprueba si funciona.

2. Crea un circuito como el de la imagen tomando elementos desde : CONTENIDO>CIRCUITOS>CIRCUITOS

Ten en cuenta que el interruptor o la pila o la bombilla grandes tienen un valor fijo.Para ajustar valores de las variables tienes que elegir las imágenes esquemáticas.

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3. En el apartado CONTENIDOS>CIRCUITOS encontrarás más información sobre circuitos. Intenta construir un circuito.

Óptica geométrica

Al finalizar este tutorial podrás crear un experimento de óptica utilizando lentes, objetos y una pantalla. También tendrás que realizar tu priopio experimento de óptica utilizando elementos de la carpeta Óptica.

Empezamos hacienda clic en CONTENIDO>INTRODUCCIÓN>Crear un diagrama de rayos sencillo.

Vs a realizar un diagrama de rayos con una lente, un objeto próximo y una pantalla.

Todos los experimentos de óptica se hacen en un espacio óptico (la región en negro).

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Vamos a cambiar la foto. Haz clic en la flecha. Nosotros elegimos ‘Cataratas’.

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Mueve la lente convexa y colócocala en el eje, podrás ver los rayos que atraviesan la lente y forman la imagen.

Mueve la pantalla a lo largo del eje. Para obtener una imagen nítida tienes que colocar la pantalla en el punto donde se juntan los rayos, si no, aparecerá una imagen borrosa.

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Los rayos se emiten desde el punto superior del objeto. Podemos variar el número de rayos emitidos desde el Panel de propiedades del Marcador de objeto cercano (en la parte inferior izquierda de la pantalla).

EJERCICIOS

1. Puedes aprender más sobre óptica utilizando los módulos ya preparados que se encuentran en CONTENIDOS>ÓPTICA.2. Ahora te proponemos un ejercicio usando la Librería de Componentes.

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Intenta construir el diagrama de la figura de la derecha a partir de los elementos que encuentres en la Librería de componentes. Fíjate en las notas del dibujo.

Movimiento

Al finalizar este tutorial sabrás diseñar un experimento virtual usando una bola, una varilla y por supuesto, el suelo.Empezamos. Click: CONTENIDOS>INTRODUCCIÓN>Preparar un experimento de movimiento.

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Coloca la bola en el espacio de movimiento.

Arrastra el control de velocidad para imprimirle una velocidad inicial.

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Puedes detener el movimiento con el botón Pausa.

Pincha la parte inferor de espacio de movimiento y arrastra. Aparecerá un suelo y a la vez, empezará a actuar la fuerza de la gravedad.

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Pega la bola a la varilla y empezará un movimiento armónico.

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Ejercicios.

1. Vuelve a cargar el modulo. Suelta la bola y ajusta las propiedades de la bola(elasticidad, radio…), de las paredes y del suelo

2. Aprende a inserter una gráfica. Abre y sigue las instrucciones en: CONTENIDO>MOVIMIENTO>GRÁFICAS DISTANCIA/TIEMPO andCONTENTS>MOVEMENT>GRAPHS VELOCITY/TIME

La lección 6 está dedicada a crear gráficas. Cuando la hayas hecho, sabrás construir una gráfica ‘angulo de la varilla frente al tiempo.

Ondas

Al finalizar el tutorial sabrás crear un experimento de ondas en dos dimensiones, con fuentes emisoras, detectores, obstáculos…Empezamos en el menú CONTENIDO>INTRODUCCIÓN Select this module from CONTENTS>INTRODUCTION menu.

Para terminar, tendrás que diseñar tu experimento usando elementos de la carpetaOptica de la Librería de componentes.

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Arrastra la línea emisora de ondas y colócala en el espacio de ondas; también puedes colocar un punto emisor.

Selecciona la línea emisora y cambia las propiedades en el Panel de propiedades, es la última pestaña en el menú de Propiedades de la izquierda.

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Observa que las propiedades del panel se refieren a las de la línea emisora. Siseleccionas el espacio de ondas aparecerá un panel de propiedades diferente: tipo de líquido, profundidad…

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Arrastra un extremo de la línea para cambiar la longitud.

Coloca el bloque que va a obstaculizar a las ondas.

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Haz clic en el bloque y cambia las propiedades (20º y 1 cm de altura)

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Coloca el puntero en la parte derecha del espacio de ondas y aparecerá un menu.

Haz clic en el botón sección transversal. Aparecerá una línea roja y un corte transversal de la superficie del líquido.

Cambia la posición de la línea roja y podrás observar una vista diferente de la sección transversal en la ventana inferior.

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EJERCICIOS.1. Abre la librería de componentes>ondas>2D crea un experimento utilizando, al

menos: una fuente, reflectores, secciones transversales y detectores.2. Crea un experimento que ayude a los alumnos a comprender el principio de Huygens

aplicado a una ranura simple. Varía el tamaño de la ranura para poder analizar diferentes ejemplos. Utiliza también la sección transversal.

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Dibujar una gráfica

Al finalizar el tutorial sabrás construir una gráfica.El ultimo paso será añadir gráficas a los experimentos de los tutoriales anteriores. Y recuerda que cualquier propiedad puede representarse gráficamente siguiendo los pasos de este tutorial.

Elige este modulo desde el menú: INTRODUCCIÓN>CONTENIDOS>Cómo trazar una gráfica.

Arrastra el icono de la gráfica y sitúalo al lado de la varilla y la bola.Ahora selecciona el objeto y la propiedad que quieras representar. Sólo tienes que hacer clic y arrastrar.Queremos representar el ángulo de la varilla en el eje Y. Haz clic en Propiedad… en el eje y de la gráfica y selecciona ángulo desde la vertical.

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Arrastra la bola para iniciar el movimiento del péndulo. La gráfica se va dibujando al moverse el la bola.

Si la no ves bien la gráfica haz clic en el botón Ajustar datos en horizontal y vertical (observa las diferencias entre las dos siguientes imagenes antes y después de ajustar los datos).

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Ahora vamos a representar la velocidad. Como la velocidad es una propiedad de la bola, no de la varilla, el símbolo destino hay que relacionarlo con la bola, con el centro de la bola.

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Haz clic en la flecha del eje x de la gráfica y selecciona Propiedad de componente local, que es otra propiedad del mismo objeto que se está representando en el eje y. En este caso represntaremos velocidad (x) frente a velocidad (y).

Verás lo que aparece en la siguiente imagen.

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Cada experimento es una película. Como ves en la imagen inferior, aparecen botones de pausa, volver a cargar.

También podemos elegir la velocidad de reproducción de la película y multiplicarla por valores desde 0.1 (10 veces más lento) hasta 10 (10 veces más rápido).

EJERCICIO

Añade una gráfica a cada uno de los cínco módulos anteriores.

Cómo hacer una presentación.

Empezamos clicando en:CONTENIDOS>INTRODUCTION>COMO UTILIZAR LOS COMPONENETES DE PRESENTACIÓN.Ya hay un espacio ondulatorio de sonido, una fuente lineal, una rendija sencilla y un detector.

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Arrastra un número y colócalo al lado del espacio de ondas. El número permite presentar y controlar las propiedades.

Arrasta el símbolo objetivo desde el número hasta la fuente lineal.

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Haz clic en propiedad y elige una longitud de onda de la lista. Ahora el número muestra la longitud de onda de las ondas que proceden de la fuente lineal. Para variar lalongitud de la onda tienes que hacer clic en la fuente lineal.

Vamos a colocar un punto en el que detector los efectos de la fuente lineal (punto Amarillo). El detector puede mostrar diferentes propiedades, por lo que añadimos un segundo número. Arrastra el número y clica para elegir la propiedad (desplazamiento, frecuencia…)

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Los cuadros de edición pueden servir para cambiar algunas de las propiedades de los objetos como por ejemplo, mostrar u ocultar la rendija. Para ello debes unir el cuadrode edición con el objeto que quieras modificar.

Ahora vas a añadir un corte transversal a la superficie del agua clicando en el símbolosección transversal.

Arrastra la línea roja y cambia la posición. Podrás ver la gráfica que se genera.

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EJERCICIORepite este modulo partiendo de un documento

vacío. a) Abre un documento Nuevo: Archivo>Nuevob) Todo lo que necesitas está en la Librería de componentes, en dos carpetas:

a. Ondas>2 dimensiones. b. Presentación.

E.7. Crear un nuevo experimento.

El proceso es igual para cualquiera de los programas usados: química, física o tecnología. Empiece eligiendo la ruta ARCHIVO > Nuevo. O bien, al arrancar el programa aparece l opción Nuevo Modelo:

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Fig.1

Fig. 2Después ponemos a disposición el laboratorio virtual que ofrece el programa con sustancias, materiales de laboratorio y utilidades para organizar la práctica y su guión para el alumno. Elegimos el panel PARTS LIBRARY en la parte izquierda: (Fig. 1)

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E.7.1.- LAS ESCENASCada una de las páginas en blanco de las que disponemos se llama escenario

Fig. 3

(escena). Si nos fijamos en la parte inferior de la venta vemos tres pestañas que corresponden a tres escenas distintas.

Fig. 4Por defecto, cuando creamos un modelo siempre aparecen tres escenas (que podemos hacer corresponder con: introducción teórica, experimentación, conclusión).Pueden ampliarse hasta cinco, clicando el signo +, o bien quitar alguna clicando el signo -.No conviene juntar varios experimentos en el mismo archivo, ya que todas las escenas se ponen en marcha cuando pulsamos el botón pausa/pause.

Otro camino para hacerlo está en la barra de menús, en el botón escena, donde podremos crear (NEW SCENE/nueva escena) ó borrarlas (REMOVE SCENE/eliminar escena), así como seleccionarlas.

Fig. 5En la barra de herramientas tenemos el botón propiedades de escena donde podemos definir las propiedades de la escena en función del experimento que queramos realizar.

Fig. 6

Al seleccionar alguna de las posibilidades (GENERAL/general, FLOWCHARTS/diagramas de flujo, ELECTRONIS/electrónica, OPTICS/óptica, MOTION/movimiento, WAVES/ondas, PRESENTATION/presentación ), aparecerá en la parte inferior izquierda de la pantalla un panel de propiedades.

E.7..2. ESCENA DE PRESENTACIÓN. Introducir textos, imágenes o fondos.

TAMAÑO DE LA ESCENASi nos fijamos en el panel de propiedades de la escena, lo primero que encontramos es la opción GENERAL, en el menú despegable; y detalles una vez lo hemos seleccionado. En este apartado podremos modificar el tamaño de de la escena.

INTRODUCIR TEXTOSFig. 7

Vamos a utilizar la primera escena como introducción o presentación al experimento que vamos a realizar. Para empezar podemos insertar un título.Insertaremos un cuadro de texto utilizando los Paneles de la izquierda de la Pantalla.Seleccionamos PARTS LIBRARY >PRESENTATION >TEXT y pinchando sobre elicono lo arrastramos a la escena. Aparece un cuadro de texto, con una herramienta adosada para elegir tipo de letra, tamaño,… También podemos variar su tamaño al pinchar sobre elcuadro, aparecen las flechas que nos permiten modificarlo.

Este tipo de texto podemos utilizarlo en títulos y también en etiquetas.Fig. 8

Para introducir las instrucciones que el alumno debe seguir para realizar el experimento, utilizamos PARTS LIBRARY>PRESENTATION>INSTRUCTIONS. Pinchamos sobre el icono y lo arrastramos a la escena, aparece un cuadro, con la misma herramienta de la fig.8, que tiene añadida la posibilidad de aumentar el número de páginas, para que el alumno pueda seguir instrucciones paso a paso.

Fig.9INTRODUCIR IMÁGENES

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Para hacer más atractiva nuestra presentación, o aclarar algunos conceptos nos puede resultar interesante incluir alguna imagen. Para añadirlas a nuestra escena simplemente elegimos el icono biblioteca de elementos >presentación >imagen y lo introducimos en nuestra escena en el lugar donde queremos situar la imagen, eligiendo a su vez el tamaño por el método pinchar y arrastrar los márgenes…

El dibujo del árbol y las montañas representa nuestra imagen. SimplementeFig. 10

elegimos sus propiedades (lo cual puede hacerse seleccionando, pinchando sobre él, de manera que aparecerá el panel de propiedades en la parte inferior izquierda; o bien pinchando con el botón derecho del ratón y seleccionar propiedades en el menú despegable).

Fig. 11

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En propiedades, elegimos insertar imagen, y pulsando en el botón + aparecerá una nueva ventana con el encabezamiento insertar archivo, dónde seleccionaremos la imagen que tenemos guardada.

Fig. 12Una vez se añaden las imágenes al modelo de Crocodile, ya no es necesario mantenerlas en el disco duro (por que están dentro del archivo.cxp que se genera).

E.7.3. MODIFICAR EL FONDO DE UNA ESCENA.

Si volvemos a seleccionar las propiedades de la escena (botón derecho del ratón) y elegimos el tipo general (fig. 13). Pinchando en la pestaña fondo, podremos modificar el fondo de nuestra página: el color (color), introducir una imagen de fondo (imagen), que se vea una parrilla de puntos,… (grid)

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E.7.4. GUARDAR Y ABRIR MODELOS.Fig. 13

Ahora vamos a guardar la parte de trabajo que ya hemos realizado. Para ello nos dirigimos al botón archivo en el menú y elegimos la opción guardar como…

Fig. 14

Aparecerá una nueva ventana que nos permitirá guardar la presentación en cualquier carpeta o dispositivo. Todos los archivos que corresponden a modelos de Crocodile tienen una terminación .cxp.Para abrirlo de nuevo simplemente tendremos que hacer doble clic en él; También podemos seguir la ruta en el menú de Crocodile archivo > abrir…

E.8. CREANDO UN EXPERIMENTO VIRTUAL. EFECTO DOPPLER.

Esta secuencia de pasos puede servir como pauta para crear cualquier experimento. Está pensada para obtener un modelo que pueda ser usado por los alumnos, ya que ellos nos podrán acceder a los elementos de librería; y habrá que explicarles qué deben ir haciendo.

Empezamos abriendo el programa y eligiendo nuevo modelo. Sobre la zona vacía de la escena, clicando con el botón derecho del ratón, elegimos propiedades de la escena. En el cuadro que aparece en la zona inferior izquierda, elegimos escena, según la práctica que queramos diseñar; general sirve para cualquiera; después: fondo, cambiamos el color (pinchando sobre el botón) a aquel que nos parezca más atractivo. Elegimos una foto de fondo, alusiva a la práctica (salen varias posibilidades y también la libre: seleccionar archivo/)

Fig. 15

Aquí se muestra una imagen en la que se han elegido estas dos opciones:

Fig 16.

Añadimos a la escena un panel ( bandeja ) que contenga los elementos que necesitaremos para realizar la práctica. Elegimos en la columna de la izquierda la barra (biblioteca de

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elementos), y pinchamos en (bandeja de elementos ), que arrastramos a la escena. Para cambiar el tamaño, hacemos doble clic sobre ella, aparece seleccionada. Pinchando sobre una de las esquinas y arrastrando podemos modificar el número de casillas, en cada casilla colocaremos un elemento que se necesitará para la práctica.

Fig. 17De la misma forma, arrastramos a la escena el botón pausa y recargar ; estos botonespermitirán al alumno arrancar el experimento una vez lo tenga todo preparado, pararlo de nuevo cuando quiera apreciar algún resultado,… y volver a empezar, el experimento con otros nuevas variables o productos.

Fig. 18

En esta etapa ponemos en la bandeja aquello que necesitaremos para hacer la práctica, pinchando y arrastrando el alumno preparará el área de trabajo para finalmente arrancar el experimento. Vamos a la barra (biblioteca de elementos), abrimos la carpeta (ondas), seleccionamos la carpeta 2D y arrastramos el (espacio de ondas de sonido) a la escena. Pinchando sobre la carpeta (fuentes), arrastramos a (la bandeja de elementos) un (mover fuente de punto) y de la carpeta medición, arrastramos un detector. Vamos ahora a la carpeta de presentación y arrastramos el botón número. La escena, después de hechas las tareas queda así:

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Fig. 19

Para que el alumno sepa qué hacer en la escena de experimentación, conviene explicárselo también por pasos. Para ello usamos de la carpeta presentación la herramienta instrucciones, la arrastramos a la escena.

Fig. 20Pinchando sobre el rectángulo, queda seleccionado y podemos cambiar su tamaño, desde los puntos que nos sugiere la selección. Nos disponemos a escribir sobre él las instrucciones que el alumno ha de seguir:

Fig. 21

Los botones, del menú de las instrucciones quieren decir:

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Añadir página -- Quitar página -- Editar Flechas -- Negrita -- Subrayado --Itálica -- Súper y Subíndice --Tipo de Letra -- Caracteres Especiales--Colores delCuadro. Conviene escribir primero todas las instrucciones y luego maquetar (sub y superíndices, negrita, etc.)

Instrucciones que escribimos en cada página del cuadro para que el alumno las siga: Pág. 1 Al pasar sobre los objetos el ratón aparece el nombre.Arrastra el objeto detector a la parte de abajo del cuadro que pone sonido.Pag. 2 Arrastra el objeto de la bandeja mover fuente de punto, a la parte de arriba a la izquierda del cuadro sonido.Pag. 3 Arrastra el objeto número a la zona del cielo de la carretera.Pág.4 Al sacar el último objeto de la bandeja, aparece un punto de mira, pincha sobre él y arrastra hasta el objeto detector. Se pone en rojo propiedad, pinchando sobre ella,selecciona: frecuencia.Pág. 5 pincha sobre el objeto mover fuente de punto y arrastra para darle una velocidadrepresentada por el vector que aparece.Pág. 6 pulsa el botón pause/pausa y el punto empezará a moverse; el detector capta lafrecuencia de la onda que le llega.Pág. 7 pulsa el botón para detener el experimento tres veces al menos, una antes de que la fuente móvil pase por el detector, otra al pasar y al menos otra después. Toma nota de lasfrecuencias que mide el receptor.Pág.8 pulsa el botón recargar y vuelve a iniciar el experimento, marcando al mover fuentede punto otra velocidad.

El experimento que hemos preparado está en el archivo: dopp l e r _ j a c . c x p que puede arrancarse si tenemos instalado el programa Crocodile Physics. Una imagen de inicio de la experiencia es esta:

Fig. 22

Para la parte en la que pedimos que el alumno trabaje, podemos abrir otra escena, poner las propiedades de fondo como hemos hecho en la anterior escena, pueden ser las mismas para darle unidad.Vamos ahora a la carpeta de presentación y arrastramos el botón texto sobre la escena, pinchando sobre él, podemos modificar su tamaño. La barra de herramientas que aparecees la misma que la de instrucciones salvo en la herramienta de añadir y quitar páginas. Enla imagen vemos un ejemplo:

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Fig. 23

Para cerrar la práctica y que el alumno no modifique los elementos que le guían: Podemos bloquear las propiedades de los objetos de la siguiente manera. Sipinchamos en cualquiera de los elementos de la escena con el botón derecho aparecerá un menú despegable:

Fig.24Seleccionando la opción Bloquear podremos bloquear algunas de las propiedades del objeto. Generalmente podremos bloquear la posición (posición), el tamaño (tamaño), laorientación (ORIENTACIÓN), o las propiedades en conjunto del objeto (edición de valor de propiedad). Sin embargo, si queremos que un botón Número funcione y nos permita

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modificar los parámetros de la simulación no deberemos bloquearlo por completo (sino solamente su posición y tamaño).

Fig. 25Además en mostrar, podemos evitar que aparezca la barra de herramientas cada vez que pasamos el ratón por encima de él, desmarcando la opción minibarra de herramientas.

Fig. 26

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A. Bibliography

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through ICT in science education: a case study in teacher-driven curriculum development - Case-Study 1. British Journal of Educational Technology 34 (2) (pp. 183–199).

[4] Goodison, T. (2003). Integrating ICT in the classroom: a case study of two contrasting lessons. British Journal of Educational Technology, 34 (5) (pp. 549–566).

Referencias

Linda Baggott La Velle, Angela McFarlane, Richard Brawn (2003) Knowledge transformation through ICT in science education: a case study in teacher-driven curriculum development—Case-Study 1 British Journal of Educational Technology 34 (2), 183–199.

Terry Goodison (2003) Integrating ICT in the classroom: a case study of two contrasting lessons British Journal of Educational Technology 34 (5), 549–566).