Determination of Spring Constant Using Data Acquisition Card and LabVIEW

Year 2021, Volume: 9 Issue: 1, 111 - 126, 03.06.2021

Mustafa Çoramık Erdoğan Özdemir

Abstract

In physics teaching, experimentation is a necessary and integral part of teaching. It is known that students have learning difficulties, especially in drawing graphics during the experiment. Advances in technology have reflected in physics teaching. In recent years, the use of Arduino and some mobile phone applications have become widespread in physics laboratories. The effect of these on students' learning difficulties in drawing graphics was examined in the Hooke's Law experiment. The programs were determined to be effective in collecting data for this experiment but ineffective in processing data. Therefore, this study, it is aimed to organize the Hooke's law experiment in a way that contributes to students' ability to draw graphics. Considering the shortcomings of other computer programs, the experiment was organized with a data collection card and a software created with the LabVIEW program. For the Hooke's Law experiment, which was arranged with software using springs and masses, the force-length graph of the springs was drawn, and the spring constants were calculated. The software has been shown to be successful in both collecting and processing data

Keywords

Physics education, Hooke’s law, drawing graph, sensor

Veri Toplama Kartı ve LabVIEW Kullanılarak Yay Sabitinin Belirlenmesi

Abstract

Fizik öğretiminde deney, öğretimin gerekli ve ayrılmaz bir parçasıdır. Öğrencilerin deney sırasında özellikle grafik çizme konusunda öğrenme güçlüğü yaşadıkları bilinmektedir. Teknolojide yaşanan gelişmeler fizik öğretimine yansımaktadır. Son yıllarda fizik laboratuvarlarında Arduino gibi mikrodenetleyici içeren elektronik kartların ve cep telefonu uygulamalarının kullanımı yaygınlaşmaktadır. Bu uygulamaların öğrencilerin grafik çizme konusundaki öğrenme güçlüğünü gidermedeki etkisi Hooke yasası deneyi özelinde incelenmiştir. Programların bu deneyle ilgili veri toplamada etkili fakat verilerin işlenmesinde etkisiz olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle bu araştırmada Hooke Yasası deneyinin öğrencilerin grafik çizme becerisine katkı sağlayacak şekilde düzenlenmesi amaçlanmıştır. Diğer bilgisayar programlarının eksiği göz önünde bulundurularak deney, bir veri toplama kartı ve LabVIEW programı ile oluşturulan bir yazılım ile düzenlenmiştir. Yazılım ile yaylar ve kütleler kullanılarak düzenlenen Hooke Yasası deneyi için yayların kuvvetuzama miktarı grafikleri çizilmiş ve yay sabitleri hesaplanmıştır. Yazılımın hem veri toplamada hem de verileri işlemede başarılı olduğu gösterilmiştir

Keywords

Fizik eğitimi, Hooke yasası, grafik çizme, sensör

References

• Arribas, E., Escobar, I., Suarez, C.P., Najera, A. & Belendez, A. (2015). Measurement of the magnetic field of small magnets with a smartphone: A very economical laboratory practice for introductory physics courses. European Journal of Physics, 36(6), 1-11.
• Atkin, K. (2016). Construction of a simple low-cost teslameter and its use with Arduino and MakerPlot software. Physics Education, 51(2), 1-7.
• Aydın, A. & Tarakçı, F. (2018). Fen bilimleri öğretmen adaylarının grafik okuma, yorum lama ve çizme becerilerinin incelenmesi. İlköğretim Online, 17(1), 469-488.
• Bezerra, A.Z.L.N., Cabreira, F.M., Freitas, W.P.S., Cena C.R., Alves, D.C.B., Reis, D.D. & Goncalves, A.M.B. (2019). Using an Arduino to demonstrate Faraday’s law. Physics Education, 54(4), 1-6.
• Çoban, A. & Çoban, N. (2020). Determining of the spring constant using Arduino. Physics Education, 55(6), 1-10.
• Çoramık, M. & Ege, Y. (2018). Manyetik alan şiddeti ölçümünde akıllı telefonlar ve uygulamalar gauss metreler yerine kullanılabilir mi? International Necatibey Educational and Social Sciences Research Congress, Tam metinler kitapçığı, (ss. 505-517), Balıkesir, Turkey.
• Coştu, B. (2007). Comparison of students’ performance on algorithmic, conceptual, and graphical chemistry gas problems. Journal of Science Education and Technology, 16(5), 379- 386.
• Datasheet, HC-SR04. (2013). http://raspoid.com/download/datasheet/HCSR04
• Datasheet, USB-6210. (2017). https://www.ni.com/pdf/manuals/375194d.pdf
• Demirci, N. & Uyanık, F. (2009). Onuncu sınıf öğrencilerinin grafik anlama ve yorumlamaları ile kinematik başarıları arasındaki ilişki. Necatibey Eğitim Fakültesi Elektronik Fen ve Matematik Eğitimi Dergisi, 3(2), 22-51.
• Emrahoğlu, N. & Bülbül, O. (2010). 9. sınıf fizik dersi optik ünitesinin bilgisayar destekli öğretiminde kullanılan animasyonların ve simülasyonların akademik başarıya ve akılda kalıcılığa etkisinin incelenmesi. Çukurova Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 19(3), 409-422.
• Erkan-Erkoç, N. (2011). Kimya öğretmen adaylarının işlemsel, kavramsal ve grafiksel sorulardaki başarılarının karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir.
• Erkol, S. (2013). Ortaöğretim Öğrencilerinin moleküler biyoloji ve genetik konusu kapsamında hazırlanan kavramsal, işlemsel ve grafiksel soru çözme başarılarının karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Balıkesir.
• Ertaş, İ. (1994). Denel Fizik Laboratuvar Deneyleri. Ege Üniversitesi Yayınları, İzmir.
• Espindola, P.R., Cena, C.R., Alves, D.C.B., Bozano, D.F. & Goncalves, A.M.B. (2018a). Impulse measurement using an Arduino. Physics Education, 53(3), 035005.
• Espindola, P.R., Cena, C.R., Alves, D.C.B., Bozano, D.F. & Goncalves, A.M.B. (2018b). Use of an Arduino to study buoyancy force. Physics Education, 53(3), 035010.
• Feynman, R.P. Leighton R.B. & Sands, M. (2020). Feynman Fizik Dersleri Cilt I (Mekanik, Işınım ve Isı). (Çev. Ed. Aydın, Z.), Alfa Bilim, İstanbul.
• Freitas, W.P.S., Cena, C.R., Alves, D.C.B. & Goncalves, A.M.B. (2018). Arduino-based experiment demonstrating Malus’s law. Physics Education, 53(3), 035034.
• Güngör Babaoğlu, M., Durmaz, K.K. & Öztekin, M.E. (2020). Arduino ile yer çekim ivmesinin hesaplanması. Fen Bilimleri Öğretimi Dergisi, 8(1), 92-100.
• Ishafit, I., Indratno, T.K. & Prabowo, Y.D. (2020). Arduino and LabVIEW-based remote data acquisition system for magnetic field of coils experiments. Physics Education, 55(2), 025003.
• Khotimah, S.N., Viridi, S., Widayani, S. & Khairurrijal, K. (2011). The dependence of the spring constant in the linear range on spring parameters. Physics Education, 46(5), 1-4.
• MEB. (2018a). Fen Bilimleri Dersi Öğretim Programı (İlkokul ve Ortaokul 3., 4., 5., 6., 7. 8. sınıflar), Ankara.
• MEB (2018b). Ortaöğretim Fizik Dersi Programı (9., 10., 11. ve 12. sınıflar), Ankara.
• Moya, A.A. (2018). An Arduino experiment to study free fall at schools. Physics Education, 53(5), 1-4.
• Moya, A.A. (2019). An Arduino experiment to study charge–voltage relationships in capacitors. Physics Education, 54(1), 015005.
• Nichols, D. (2017). Arduino-based data acquisition into excel, LabVIEW and MATLAB. The Physics Teacher, 55(4), 226-227.
• Pili, U. (2018). A dynamic-based measurement of a spring constant with a smartphone light sensor. Physics Education, 53(3), 033002.
• Pili, U. (2020). Measuring a spring constant using an optical spring-mass system and a solar panel. Physics Education, 55(1), 1-3.
• Pili, U. & Violanda, R. (2019). Measuring a spring constant with a magnetic spring-mass oscillator and a telephone pickup. Physics Education, 54(4), 043001.
• Puantha, R., Khammarew, W., Tong-on, A. & Saphet, P. (2019). The speed of sound in air of pipe acoustic resonance via the Arduino with LabVIEW interface. Physics Education, 54(1), 015009.
• Scomparin, P.R. & Carvalho-Neto, J.T. (2018). A simple and effective magnetic dynamometer to teach Newton’s third law. Physics Education, 53(6), 1-10.
• Serway, R.A. & Beichner, R.J. (2002). Fen ve Mühendislik İçin Fizik 1 (Çev. Ed. K. Çolakoğlu), Palme Yayıncılık, Ankara.
• Shankar, B., Sarithlal, M.K, Sharat, S. Freeman, J. & Achuthan, K. (2013). Remote triggered virtual laboratory for Hooke’s law using LabVIEW. 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 10-13 November 2013, Vienna, Austria.
• Soslu, O. (2012). Ortaöğretimde çağdaş fizik öğretiminin önemi ve nasıl olması gerektiği üzerine bir değerlendirme. Bayburt Eğitim Fakültesi Dergisi, 7(1), 91-99.
• Tairab, H.H. & Khalaf Al-Naqbi, A.K. (2004). How do secondary school science students interpret and construct scientific graphs? Journal of Biological Education, 38(3), 127-132.
• Taşar, M.F., Kandil İngeç, Ş. & Ünlü Güneş, P. (2002). Grafik çizme ve anlama becerisinin saptanması. V. Ulusal Fen Bilimleri ve Matematik Eğitimi Kongresi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 16-18 Eylül 2002, Ankara, Türkiye.
• Unsaçar, F. & Eşme, E. (2009). Grafik Programlama Dili LABVIEW. Seçkin Yayınları, Ankara.
• van Bien, N. & Hai, D.M. (2019). An Arduino-based wireless measuring car designed to investigate Newton’s II law. Physics Education, 54(6), 1-6.
• Yıldız, E. (2004). Farklı Deney Teknikleriyle Fen Öğretimi. Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir.