Kho mô phỏng mở

Xe A và xe B chạy trên đường thẳng với tốc độ khác nhau, xe B xuất phát trước một đoạn. Bấm Chạy, đồ thị s – t của hai xe được vẽ theo thời gian thực; độ dốc của đường biểu diễn chính là tốc độ (tam giác Δs/Δt). Học sinh kéo xe B để đổi vị trí xuất phát, kéo trên đồ thị để tua thời gian và đọc ngay thời điểm, vị trí hai xe gặp nhau (giao điểm hai đường).

Chọn một cổng logic, bấm các công tắc đầu vào (0/1) và xem mức logic lan theo dây tới đèn đầu ra; bảng chân lí bên cạnh tô sáng đúng dòng đang xét, kèm biểu thức đại số Boole. Chế độ bộ cộng bán phần ghép cổng XOR và AND để tính tổng S và nhớ C của hai bit; nút Chạy tự động lần lượt duyệt mọi tổ hợp đầu vào.

Tủ điện trong nhà gồm aptomat tổng, aptomat chống dòng rò (RCCB 30 mA) và các aptomat nhánh cấp cho chiếu sáng, ổ cắm, điều hoà, bình nóng lạnh, bếp điện. Bấm vào từng nhánh để đóng – cắt và xem dòng điện I = P/(U·cosφ) của nhánh và của toàn nhà; bấm nút sự cố để gây quá tải, ngắn mạch hoặc rò điện qua người và quan sát aptomat nào tác động trước. Bấm Đóng lại để phục hồi cấp điện.

Điện năng từ nhà máy qua máy biến áp tăng áp, đường dây cao áp, máy biến áp hạ áp rồi tới hộ tiêu thụ. Bấm chọn cấp điện áp truyền tải 22 kV, 110 kV, 220 kV hay 500 kV và kéo chiều dài đường dây, tiết diện dây để thấy điện trở đường dây R = ρL/S, công suất hao phí ΔP = P²R/U² và hiệu suất truyền tải thay đổi; dây nóng đỏ khi hao phí lớn. Biểu đồ cột so sánh hao phí ở bốn cấp điện áp cho thấy vì sao phải truyền tải ở điện áp cao.

Học sinh dựng một chi tiết từ khối cơ bản (khối hộp bo góc, trụ, lỗ khoét xuyên, mấu chìa) với kích thước bằng mm trong khung 3D xoay được, xem ba hình chiếu vuông góc, rồi cắt lớp như phần mềm slicer: chọn chiều dày lớp, mật độ infill, số lớp vỏ, bật support cho phần nhô quá 45°. Mô phỏng in từng lớp, ước tính thời gian in, chiều dài và khối lượng sợi nhựa PLA (1,24 g/cm³), chi phí vật liệu, biểu đồ đánh đổi độ bền – khối lượng – thời gian theo infill, và kết thúc bằng thẻ nghề kĩ thuật viên CAD, kĩ thuật viên in 3D.

Dây chuyền gồm nhiều trạm nối tiếp, mỗi trạm có thời gian gia công riêng; bấm Chạy để xem chi tiết chạy trên băng tải, ùn lại thành hàng chờ trước trạm chậm nhất (trạm nghẽn) còn các trạm khác phải chờ việc. Bấm vào một trạm rồi kéo thanh trượt để đổi thời gian gia công của trạm đó, hoặc lắp robot / thêm trạm song song cho trạm nghẽn và thấy nhịp sản xuất, năng suất giờ và sản lượng mỗi ca thay đổi ngay.

Một lứa vật nuôi (gà thịt, vịt, lợn thịt hoặc bò thịt) được nuôi từ lúc mới nhập chuồng đến khi xuất chuồng. Học sinh đặt mức khẩu phần ăn, chọn kiểu chuồng trại và việc tiêm vaccine, rồi bấm Chạy để xem khối lượng tăng theo ngày, lượng thức ăn đã dùng và hệ số chuyển hoá thức ăn FCR = thức ăn ăn vào chia cho khối lượng tăng. Trong lúc nuôi có thể bấm Cho ăn thêm, Dọn chuồng và Tiêm vaccine; nếu chuồng bẩn hoặc không tiêm phòng thì vật nuôi dễ mắc bệnh, chậm lớn và hao hụt đàn.

Kéo điểm M trên đường tròn lượng giác, điểm tương ứng chạy đồng bộ trên đồ thị y = sin x, cos x hoặc tan x. Đường y = m cắt đồ thị cho thấy nghiệm của phương trình lượng giác cơ bản, các nghiệm được đánh dấu cả trên đường tròn lẫn đồ thị kèm công thức nghiệm tổng quát.

Một dãy phần tử môi trường nhận dao động từ nguồn ở đầu trái; chuyển giữa sóng ngang (phần tử dao động vuông góc phương truyền) và sóng dọc (dao động dọc phương truyền, tạo chỗ nén và giãn). Một phần tử được tô đỏ để thấy nó chỉ dao động quanh vị trí cân bằng; bước sóng λ = v/f, chu kì T và đồ thị li độ của phần tử hiện trực tiếp khi đổi f, A, v.

Ba mạch điện tử tương tự cơ bản trên cùng một màn hình: chỉnh lưu nửa chu kì một diode, chỉnh lưu cầu bốn diode và tầng khuếch đại dùng transistor. Đồ thị vẽ điện áp vào hình sin và điện áp ra sau chỉnh lưu; kéo điện dung tụ lọc để thấy điện áp một chiều bớt nhấp nhô, kéo điện trở tải để thấy độ nhấp nhô tăng khi dòng tải lớn. Ở chế độ khuếch đại, tăng hệ số khuếch đại hoặc biên độ tín hiệu vào quá mức thì tín hiệu ra bị xén (méo).

Nguồn xoay chiều u = U√2·sin(ωt) cấp cho tải thuần trở, tải R–L (động cơ, chấn lưu), tải R–C hoặc R–L–C nối tiếp. Đồ thị u(t) và i(t) chạy theo thời gian thực cho thấy dòng điện chậm pha sau điện áp ở tải cảm và sớm pha ở tải dung; giản đồ vectơ bên cạnh dựng U_R, U_L, U_C và góc lệch pha φ. Kéo thanh trượt R, L, C để thấy tổng trở Z, hệ số công suất cosφ và công suất tác dụng P = UIcosφ thay đổi, kể cả khi mạch cộng hưởng.

Học sinh vào vai thợ điện nhận phiếu công việc: đặt đèn, công tắc một chiều, hai công tắc hai chiều cho đèn cầu thang, ổ cắm và ổ cấp điện bếp lên bản vẽ mặt bằng; chọn tiết diện dây, dòng định mức aptomat, RCD 30 mA và dây nối đất cho bốn mạch (chiếu sáng, ổ cắm, ổ cắm bếp, bếp điện). Nút Kiểm tra lắp đặt chạy lần lượt các phép thử: đủ phiếu công việc, đảo chiều cầu thang, thông mạch dây PE, quá tải Ib ≤ In ≤ Iz, thử RCD và sụt áp; bản dự toán vật tư và giờ công cập nhật liên tục. Bật điện để thử công tắc, cắm tải và thấy aptomat nhảy; cuối cùng là thẻ hồ sơ nghề thợ điện.

Ngôi nhà có một cụm đèn chiếu sáng và một máy điều hoà: chọn đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang compact hay đèn LED cho cùng độ sáng 800 lm, đặt số giờ dùng và nhiệt độ điều hoà rồi bấm Chạy để công tơ điện quay và cộng dồn điện năng trong 30 ngày. Màn hình hiện điện năng A = P·t, tiền điện tính theo biểu giá bậc thang và lượng CO₂ phát thải; biểu đồ cột so sánh ba loại đèn cho thấy đèn LED tiết kiệm bao nhiêu phần trăm.

Mô hình chuyển tiếp dân số với đường tỉ suất sinh thô, tỉ suất tử thô và tổng dân số qua 5 giai đoạn; vùng gia tăng tự nhiên được tô màu. Kéo trục thời gian hoặc tự đặt sáu động lực (y tế, vệ sinh, lương thực, phụ nữ đi học, biện pháp tránh thai, đô thị hoá) để xem tỉ suất phản ứng, xem tháp dân số minh hoạ của từng giai đoạn và đặt các nước ví dụ (Niger, Kenya, Ấn Độ, Brazil, Hoa Kỳ, Đức, Nhật Bản) lên mô hình theo tỉ suất thật gần đúng.

Học sinh vào vai kĩ thuật viên bảo trì một dây chuyền băng tải có động cơ, băng tải, hai cảm biến quang, hộp đấu dây và bảng đèn báo PLC. Một lỗi ngẫu nhiên xuất hiện (cảm biến bị che bẩn, băng mòn trượt, ổ bi động cơ quá nhiệt, dây lỏng ở cầu đấu); học sinh đọc triệu chứng (mã lỗi, đèn báo, sản lượng, rung lắc), chọn bộ phận rồi đo bằng đồng hồ vạn năng, nhiệt kế hồng ngoại, máy đo rung, máy đo tốc độ, cắt điện khoá thẻ trước khi sửa, điều chỉnh hoặc thay chi tiết. Điểm tính bằng thời gian dừng máy và chi phí; phần cuối so sánh bảo trì phòng ngừa với sửa khi hỏng qua một năm mô phỏng và có thẻ hồ sơ nghề.

Cầu phân áp gồm một cảm biến (quang điện trở LDR hoặc nhiệt điện trở NTC) và một biến trở tạo ra điện áp Vout, đưa vào transistor hoặc mạch so sánh để bật đèn LED, quạt hay còi. Kéo thanh ánh sáng hoặc nhiệt độ để xem điện trở cảm biến, Vout và dòng qua tải thay đổi; đồ thị cho đường đặc tính của cảm biến và Vout kèm ngưỡng chuyển. Đổi chỗ cảm biến lên nhánh trên hay xuống nhánh dưới để đảo tác dụng: bật khi tối hay khi sáng, báo lạnh hay báo nóng.

Một hecta rừng trồng được theo dõi trong 30 năm: cây lớn lên, trữ lượng gỗ tăng theo quy luật tăng trưởng của từng loài, độ che phủ và lượng CO₂ hấp thụ tăng theo. Học sinh chọn loài cây, mật độ trồng, kiểu khai thác (khai thác chọn, khai thác dần, khai thác trắng) và chu kì khai thác, bấm Chạy để xem đồ thị trữ lượng theo năm, hoặc bấm Khai thác ngay và Trồng lại. Mô phỏng so sánh sản lượng gỗ cộng dồn giữa khai thác bền vững và khai thác quá mức làm rừng suy thoái, đất bị xói mòn.

Bắn đạn theo phương ngang từ đỉnh một ngọn núi rất cao trên Trái Đất 3D. Chuyển động của đạn được tính bằng tích phân số với lực hấp dẫn tỉ lệ 1/r²: tốc độ nhỏ thì đạn rơi trở lại, khoảng 7,9 km/s (sát mặt đất) thì bay quỹ đạo tròn, lớn hơn thì quỹ đạo elip, từ 11,2 km/s trở lên thì thoát khỏi Trái Đất.

Xoay mô hình 3D rỗng (que – cầu) hoặc đặc của H₂, O₂, N₂, Cl₂, H₂O, CO₂, CH₄, NH₃, HCl và mảnh tinh thể NaCl (ion Na⁺, Cl⁻) để phân biệt đơn chất với hợp chất. Mô phỏng đếm số nguyên tử của từng nguyên tố, viết công thức hoá học, tính khối lượng phân tử từ khối lượng nguyên tử và mô tả hình dạng, độ dài liên kết. Chế độ Đố cho một chất ngẫu nhiên để học sinh trả lời đơn chất hay hợp chất.

Bốn tình huống tai nạn điện thường gặp trong nhà: chạm vào dây pha hở, cầm thiết bị có vỏ kim loại bị rò điện, sửa điện khi chưa cắt nguồn và thả diều vướng đường dây. Học sinh chọn điện trở của người, việc đi dép cách điện và biện pháp bảo vệ (nối đất vỏ thiết bị, aptomat chống giật RCD 30 mA), rồi bấm Chạm vào dây để thấy dòng điện I = U/R chạy qua người, giá trị tính bằng miliampe đặt trên thang mức độ nguy hiểm và thời gian tiếp xúc. Aptomat chống giật ngắt mạch trong 0,1 giây còn nối đất làm điện áp tiếp xúc giảm xuống mức an toàn.

Biểu đồ bong bóng chuyển động cho 25 nước từ 1960 đến 2020: trục ngang là GDP bình quân đầu người (thang logarit), trục đứng là tuổi thọ; cỡ bong bóng là dân số, màu là châu lục. Đổi trục sang số con của một phụ nữ, tử vong trẻ em hoặc số năm đi học, kéo thanh năm hay bấm Chạy, chạm vào một nước để vẽ đường đi của nước đó. Hệ số tương quan và khoảng cách giữa nước cao nhất, thấp nhất cập nhật theo năm.

Chọn số hiệu nguyên tử Z bằng nút ± hoặc bấm vào ô trong bảng tuần hoàn mini. Mô phỏng vẽ hạt nhân gồm proton, neutron và các electron chuyển động trên từng lớp theo mô hình Bohr (lớp 1 tối đa 2e, lớp 2 tối đa 8e, lớp 3 tối đa 8e). Học sinh thấy số p = số e = Z, khối lượng nguyên tử ≈ số p + số n (amu), số lớp = số thứ tự chu kì, số electron lớp ngoài cùng = số thứ tự nhóm A, và vị trí ô/chu kì/nhóm được tô sáng trên bảng.

Hai (hoặc nhiều) nguyên tử vẽ theo mô hình lớp electron ở xa nhau; kéo ngang trên màn hình hoặc bấm Chạy để chúng tiến lại gần. Với NaCl, MgO: electron lớp ngoài cùng của kim loại chuyển sang phi kim, tạo ion dương và ion âm hút nhau (liên kết ion). Với H₂, O₂, H₂O, CH₄, NH₃: các nguyên tử góp electron tạo cặp electron dùng chung (liên kết cộng hoá trị). Số electron lớp ngoài cùng sau liên kết đạt cấu hình bền như khí hiếm được hiện ngay.

Kéo proton, neutron, electron từ ba giỏ vào mô hình để dựng nguyên tử; tên nguyên tố, điện tích (= số proton − số electron) và số khối A = p + n cập nhật ngay, hạt nhân rung nhẹ nếu không phải đồng vị bền. Màn hình Kí hiệu thêm hộp kí hiệu nguyên tử dạng ᴬZX; màn hình Trò chơi có 4 cấp luyện đếm hạt, dựng nguyên tử theo kí hiệu, viết kí hiệu và chọn nguyên tố trên bảng tuần hoàn, cấp cao có ion và đồng vị. Phỏng theo mô phỏng "Build an Atom" của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); đã viết lại.