هدف از IYPT، نهادینه کردن روحیه ی پژوهش در دانش آموزان است، به همین دلیل برای شرکت در مسابقات IYPT هیچ منبع خاصی وجود ندارد و انتظار می رود دانش آموزان منابع کمکی مورد نیاز خود را با جستجو بیابند. در این صفحه صرفا چند منبع معروف برای شروع کار قرار داده شده تا دانش آموزان در ابتدای کار سرگردان نباشند اما نبایست ذهن خود را به این منابع محدود نمایند.
برای تمرین ارائه می توانید از ساعت مخصوص مسابقه( 
دریافت ) استفاده کنید. (فایل دانلود شده را توسط مرورگر باز کنید)
کتاب ها
نرم افزارها
- تحلیل سیگنال صوتی
- پردازش تصویر
صفحات وب
ایده هایی برای انجام آزمایش
در این قسمت ایده ها و روش هایی که برای انجام آزمایش مفید هستند قرار گرفته است. ایده ها با توجه به امکاناتی که در اختیار دانش آموزان قرار می گیرد طراحی شده اند و همچنین نرم افزار متناسب با آن نوشه شده است
ایجاد لرزش: یک روش دم دستی و راحت استفاده از بلندگو است. دیافراگم بلندگو، با فرکانس برابر با فرکانسی که پخش می کند، به لرزه در می آید. کافیست یک بلندگوی نسبتا بزرگ را با استفاده از یک آمپلی فایر به رایانه یا موبایل وصل کنید و فرکانس مورد نظر خود را پخش کنید. اگر نیاز دارید لرزش مستقیما به جسم دیگری منتقل شود، به وسط دیافراگم یک استوانه ی سبک بچسبانید و سر دیگر استوانه را به جسم مورد نظر خود متصل کنید.
نکته: پاسخ فرکانسی بلندگو برای فرکانس های مختلف متفاوت است. بنابراین دامنه ی لرزش به فرکانس بستگی خواهد داشت و برای داشتن دامنه ی ثابت، بایستی دامنه ی صدا در هر فرکانس جداگانه تنظیم شود.
نکته: اگر به فرکانس های زیر 200 هرتز نیاز دارید بهتر است از بلندگوهای بزرگ (Subwoofer) استفاده کنید.
اندازه گیری مسیر و سرعت سیال: در برخی پدیده ها با استفاده از ذرات، می توان مسیر سیال را ثبت کرد. کافیست ذرات بسیار ریز (مثلا اکلیل) را داخل سیال بریزید و با نوردهی مناسب، در تصویربرداری با دوربین عکاسی میزان باز بودن دیافراگم را طوری تنظیم کنید که رد ذرات در تصویر بماند. بدین طریق طول رد ذرات، سرعت سیال و مسیر آنها، مسیر سیال را نشان می دهد.
نکته: برای اندازه گیری مسیرهای سطحی از براده ی چوب استفاده کنید.
اندازه گیری فرکانس تشدید اجسام: با استفاده از یک میکروفون، به سادگی می توان فرکانس تشدید اجسام را اندازه گیری کرد. برای این کار کافیست ابتدا فرکانس های مختلف را با یک بلندگو پخش کرده و با میکروفون ضبط کرد تا پاسخ فرکانسی میکروفون مشخص شود. سپس میکروفون را با چسب قطره ای به جسم چسباند و مجددا فرکانس های مختلف را با میکروفون ضبط کرد. تفاوت ایجاد شده نسب به حالت قبلی ناشی از تشدید جسم خواهد بود. جسمی که در حال ارتعاش در فرکانس تشدید باشد، تکان های شدیدتری دارد و بنابراین دیافراگم میکروفون را بیشتر از حالت عادی به لرزه در می آورد و موجب ضبط صدا با دامنه ی بیشتری خواهد شد.
نکته: بایستی میکروفون حتی المقدور کوچک باشد تا در تشدید ایجاد تداخل نکند. همچنین می توان از سیم ظریف برای انتقال سیگنال استفاده کرد.
نکته: می توانید جلوی میکروفون را به جسم بچسبانید، اگر این کار با ظرافت انجام شود، مشکلی ایجاد نخواهد کرد. البته می توان از جهات مختلف امتحان کرد.
از کد زیر می توانید برای تولید فرکانس های مختلف استفاده کنید:- کد جاروب فرکانس Frequency Sweeper (حجم: 1.22 کیلوبایت)
منبع تغذیه: معمولا در مدارس رایانه های قدیمی پیدا می شود. یک راه ساده برای داشتن منبع تغذیه، استفاده از پاور رایانه است. کافیست یک اتصال در خروجی پاور (کانکتور نشان داده شده در شکل زیر) برقرار کنید تا روشن شود، معمولا با اتصال سیم سبز رنگ به یکی از سیم های مشکی پاور روشن خواهد شد. بدین صورت منبع 12 ولتی (و چند و انتخاب محدود دیگر در ولتاژ مثلا 3.3 ولت، 5 ولت و مقادیر منفی آن ها را) خواهید داشت.
چرخاندن اجسام کوچک: معمولا در مدارس رایانه های قدیمی پیدا می شود. در این رایانه ها تعدادی فن وجود دارد که با برق مستقیم 12 ولت فقط در یک جهت می چرخند. در صورتی که پره های فن جدا شود، یک موتور کوچک خواهید داشت که اصطکاک کمی دارد و سطح کوچکی در اختیار شما قرار می دهد تا جسم خود را به آن متصل کنید.
نکته: عوض کردن جهت چرخش مستلزم دستکاری مدار داخلی فن است و توصیه نمی شود.
نکته: با تغییر ولتاژ ورودی، سرعت چرخش عوض خواهد شد. معمولا فن ها ولتاژهای بالاتر از 12 را نیز تحمل می کنند. مطمئن شوید که سیم مثبت و منفی را درست متصل کرده اید.
نکته: برای چرخاندن اجسام دیسکی شکل کوچک، می توانید از داخل یک درایو سی دی قدیمی، بخش نگهدارنده ی سی دی را جدا کنید و از آن برای نگه داشتن اجسام دیسکی استفاده کنید. این قطعه شامل دو بخش است که یکی در دیواره ی خارجی درایور کار گذاشته شده و یکی به استپر موتور مرکزی متصل است. دو بخش با آهنربا به هم متصل می شوند.
خواندن دور موتور: اگر از شفت انکودر استفاده کنیم، می توانیم به سادگی دور موتور را بخوانیم. اما چگونه آن را در رایانه وارد کنیم؟ این ایده وقتی شفت انکودر ولتاژ سینوسی بدهد خیلی ساده قابل اجراست. کافیست خروجی انکودر را به ورودی میکروفون رایانه وصل کنیم و به سیگنال به عنوان صدا نگاه کنیم. حال اگر از صدای ذخیره شده، تبدیل فوریه بگیریم، فرکانس اصلی قابل جداسازی خواهد بود. فرکانس اصلی با سرعت چرخش متناسب است. ثابت تناسب را می توان با روش های دیگر به دست آورد.
نکته: بایستی مطمئن شویم فرکانس تولیدی انکودر در بازه ی فرکانس صوتی باشد تا بتوان آن را با کارت صدا ضبط کرد. در صورتی که فرکانس تولیدی انکودر کمتر است شاید بتوان از Frequency multiplier استفاده کرد.
نکته: بایستی مطمئن شویم ولتاژ خروجی انکودر بیش از تحمل کارت صدا نباشد. در صورتی که ولتاژ بیشتر از حد مجاز است، می توان از تقسیم ولتاژ با استفاده از دو مقاومت استفاده کرد.
نکته: در صورتی که سیگنال خروجی انکودر مربعی باشد، می توان از یک خازن با ظرفیت مناسب به صورت موازی استفاده کرد تا سیگنال به شکل سینوسی نزدیک شود.
از برنامه ی زیر می توان برای آنالیز صدا استفاده کرد:
- برنامه ی Frequency Analyzer (حجم: 4.27 مگابایت، برای اجرای این برنامه بایستی نرم افزار MATLAB و یا MatlabRunTime روی رایانه نصب باشد)
نکات فنی و تجربیات شخصی دیگر به صورت پراکنده:
- برای تحلیل فرکانسی صدا می توان از نرم افزار Adobe Audition استفاده کرد. این نرم افزار قادر است به صورت آنلاین تبدیل فوریه از صدای در حال ضبط بگیرد.
- برای تولید سیگنال در محدوده فرکانس های صوتی، می توانید از نرم افزارهای موبایل استفاده کنید. برای تقویت اندازه سیگنال به روشی ارزان، کافیست یک بورد آمپلی فایر از بازار الکترونیک تهیه کنید. همچنین می توانید با کدنویسی با رایانه، یک بازه فرکانسی را جاروب کنید.
- برای اندازه گیری میزان ارتعاش یک جسم، در بازه فرکانس های صوتی، کافیست یک میکروفون کوچک از بازار الکترونیک تهیه کرده و آن را از روبرو با چسب قطره ای به جسم بچسبانید. در صورتی که سیم واصل ظریف باشد، صدای ضبط شده به مقدار قابل قبولی ناشی از ارتعاش جسم است. با تحلیل فرکانسی می توانید فرکانس ارتعاش را بیابید.
- برای کالیبره کردن تصاویر گرفته شده با دوربین، کافیست یک جسم که قابل اندازه گیریست در تصویر، کنار ادوات آزمایش، قرار دهید. جسم را به صورت مستقل اندازه گیری کنید و در رایانه تعداد پیکسل های تصویر آن جسم را بشمرید. با یک نسبت تناسب ساده می توان اندازه هر قسمت دیگری از آزمایش را به صورت حدودی به دست آورد.
- برای اندازه گیری سرعت چرخش آرمیچر، می توانید از آرمیچرهای دارای انکودر استفاده کنید. خروجی انکودر را پس از تضعیف، به ورودی میکروفون رایانه وصل کنید و آن را به عنوان صدا ضبط کنید. فرکانس صدای ضبط شده ضریبی از سرعت چرخش است. مقدار ضریب را می توان از ساختار انکودر یا فیلمبرداری با سرعت بالا به دست آورد.
- برای آنکه کنترل دقیق تری روی سرعت چرخش داشته باشید، ار استپر موتور استفاده کنید. این موتورها در حالت معمولی می توانند بیش از 1000 دور در دقیقه بچرخند.
- برای ایجاد حرکت رفت و برگشتی با دامنه ی کم، یک بلندگو و یک بورد آمپلی فایر تهیه کنید. جسمی که نیاز به حرکت دارد را به مرکز بلندگو وصل کرده و با موبایل فرکانس مورد نظر را تولید کرده و به آمپلی فایر و سپس بلندگو می دهیم.
- برای ایجاد حرکت رفت و برگشتی با دامنه چند سانتیمتر و فرکانس خیلی کم به صورت ارزان، می توانید از پمپ قفل درب پراید استفاده کنید.
- برای پمپ آب با جریان کم به صورت ارزان، می توانید از پمپ آب شیشه شوی پراید استفاده کنید.
- یک موتور یخچال دست دوم می تواند به عنوان پمپ باد ارزان با فشار چند بار اما فلوی کم مورد استفاده قرار گیرد.
- برخی مواقع نوردهی مناسب می تواند تصاویر بهتری برایتان ایجاد کند. به عنوان مثال می توان با قرار دادن یک میله شیشه ای (به عنوان عدسی استوانه ای) روبروی لیزر، یک صفحه نوری ایجاد کرد. این صفحه ی نوری در فضای تاریک می تواند تصاویر خوبی ایجاد کند.
- برای ثبت رد ذرات (Trajectory)، می توانید از حالت شاتر-باز دوربین های حرفه ای استفاده کنید و یا با یک موبایل ثابت، تصاویر پی در پی بگیرید و با نرم افزار یا کدنویسی، تصاویر را روی هم قرار دهید.
- برای ساخت ریل موتور دار (linear guide) بسیار ارزان با بازه حرکتی 4 سانتیمتر و دقت 100 میکرون، میتوانید از سیستم حرکت لیزر ذرون CD ROM های قدیمی استفاده کنید. البته برای چرخاندن موتور به میکروکنترلر (مثلا Arduino) و درایور نیاز دارید