ТРИВИМІРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ КРИСТАЛІЧНИХ ҐРАТОК ЗАСОБАМИ OPENSCAD - Научное сообщество

Вас приветствует Интернет конференция!

Приветствуйем на нашем сайте

Рік заснування видання - 2011

ТРИВИМІРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ КРИСТАЛІЧНИХ ҐРАТОК ЗАСОБАМИ OPENSCAD

15.11.2022 11:39

[1. Информационные системы и технологии]

Автор: Буркут Б.Д., викладач хімії, біології та екології, Чернівецький фаховий коледж технологій та дизайну, м. Чернівці; Савчук-Баловсяк Г.Д., викладач фізики та астрономії, Вище професійне училище № 3, м. Чернівці; Савчук Т.Д., вчитель географії, Мамаївський НВК № 1, с. Мамаївці, Чернівецька обл.


У сучасних умовах моделювання кристалічних ґраток різноманітних речовин широко використовується під час вивчення курсів фізики, хімії та географії. Часто застосовуються об’ємні (тривимірні, 3D) моделі кристалічних ґраток, оскільки такі моделі краще сприймаються здобувачами освіти, що дозволяє детальніше вивчити будову кристалічних ґраток. Проте, матеріальні тривимірні моделі не завжди є доступними, а програмні моделі розроблені не для всіх видів кристалічних ґраток і часто є платними [1]. Тому актуальним завданням є створення власних 3D моделей кристалічних ґраток, які можливо модифікувати. З метою ефективної побудови таких моделей у даній роботі запропоновано використати  програмне забезпечення OpenSCAD [2].

OpenSCAD є поширеною і вільно розповсюджуваною (за ліцензією GNU GPL) системою автоматичного проектування (САПР), яка призначена для побудови твердотільних тривимірних (3D) моделей об’єктів. В OpenSCAD тривимірні моделі будуються за допомогою програмного коду (скрипту), що дозволяє точно в масштабі відтворити розміри об’єктів. У режимі конструктивної суцільної геометрії (Constructive Solid Geometry– CSG) геометричні фігури (примітиви) будуються командами «cube» (паралелепіпед), «sphere» (сфера), «cylinder» (циліндр), «polygon» (полігон) та ін. Перетворення фігур виконується за допомогою функцій «difference» (різниця фігур), «translate» (зсув), «rotate» (поворот) та ін., а колір об’єкта встановлюється функцією «color».

Розглянемо можливості програми OpenSCAD при створенні моделей кристалічних ґраток на прикладі Натрій хлориду (NaCl) з кубічною гранецентрованою ґраткою (рис. 1). Елементарна комірка NaCl є кубом, довжина якого (постійна кристалічної ґратки) a = 5.6402 ∙ 10-10 м [3]. Така модель NaCl може застосовуватися, наприклад, у фізиці – при ознайомленні з структурою кристалів, у хімії – при вивченні електрохімічної дисоціації, кристалохімії та будови речовини; в географії – при дослідженні будови мінералів (наприклад, мінералу галіт, з якого практично повністю складається видобувна кам'яна сіль).





Рис. 1. Тривимірна модель елементарної комірки іонної кристалічної ґратки NaCl [3]; червоними сферами показано іони Na+, синіми сферами – іони Cl-; розміри вказано у пікометрах

В програмі OpenSCAD тривимірна модель елементарної комірки NaCl з урахуванням її розмірів (рис. 1) створюється за допомогою такого коду (рис. 2). Іони натрію (Na+) і хлору (Cl-) будуються як сфери, а зв’язки між ними будуються як циліндри. При цьому використовується кулестержнева модель, тому для кращої візуалізації радіуси іонів вибрано меншими за реальні. 


 



Рис. 2. Фрагмент лістингу коду для побудови 3D моделі елементарної комірки NaCl


Поверхня об’єктів моделі будується як множина полігонів (трикутників). При цьому враховуються такі спеціальні змінні, як «$fa» – мінімальний кут між вершинами об’єкту та «$fs» – мінімальний розмір полігона. Деталізація моделі зростає при зменшенні значень змінних «$fa» та «$fs». 


Таким чином, програма OpenSCAD дозволяє будувати 3D моделі кристалічних ґраток різноманітних речовин, які доцільно використовувати під час викладання фізики, хімії та географії. Розроблені 3D моделі можна переглядати у різних режимах, а також роздруковувати на 3D принтерах.


Література


1. Sketchfab. URL: https://sketchfab.com/tags/nacl.


2. OpenScad. The Programmers Solid 3D CAD Modeller. URL: http://www.openscad.org.


3. Пінчук С. І., Чигиринець О. Е. Хімія твердого тіла: підручник. – Київ: Видавничий дім АртЕк, 2018. – 124 с. 





Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Конференции

Конференции 2023

Конференции 2022

Конференции 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення