Smartphone im Fahrstuhl

Smartphone im Fahrstuhl
Aufbau des Experiments
Kurzbeschreibung
Messen von Beschleunigung und Höhe mittels smartphone-internen Sensoren
Kategorien
Vorpraktikum, Experimente für zu Hause
Kompetenzerwerb
Fragestellung entwickeln	0
Hypothesen aufstellen	++
Experiment planen	++
Experiment funktionsfähig aufbauen	+
Beobachten, Messen, Dokumentieren	+
Daten aufbereiten	++
Schlüsse ziehen	+
Informationen
Punkte	5/10
Raumnummer	1'###
Uni	Humboldt-Universität zu Berlin

Ein Smartphone ist mit einer Vielzahl an Sensoren ausgestattet. Mit einem Barometer lässt sich über den Luftdruck die Höhe bestimmen. Ein sogenannter Beschleunigungsmesser misst über die Auslenkung eines an Federn aufgehängten Probekörpers die Beschleunigung des Smartphones im Raum.

Fragestellung entwickeln

Die leitende Fragestellung dieser Aufgabe lautet:

Welche Geschwindigkeiten und Beschleunigungen entstehen in den unterschiedlichen Bewegungsphasen einer Fahrstuhlfahrt?

Vermutung oder Hypothese aufstellen

Aufgabe:

1. Nennen Sie die Arten von Bewegungen, die sie auf Grundlage ihrer alltäglichen Erfahrungen erwarten.
2. Schätzen Sie auf Grundlage ihrer alltäglichen Erfahrungen Geschwindigkeit und Beschleunigung einer Fahrstuhlfahrt begründet ab. Nennen Sie Werte!

Experiment planen

Während der Fahrstuhlfahrt werden die Messwerte der Smartphone-Sensoren aufgenommen.

Aufgabe:

1. Schätzen Sie die Messgenauigkeit des Barometers durch Höhenmessungen mit dem Maßband. Berechnen Sie die Genauigkeit die Ortsmessung.
2. Schätzen Sie die Messgenauigkeit ihrer Zeitmessung, als dem Abstand der aufgenommenen Messwerte entspricht sowohl für das Barometer als auch für den Beschleunigungsmesser.
3. Berechnen sie daraus die Messunsicherheit für die Geschwindigkeit (Größtfehler).
4. Schätzen Sie die Messgenauigkeit des Beschleunigungsmessers, indem sie die Erdbeschleunigung mit dem Smartphone messen und mit dem Literaturwert $9,813m/s^{2}$ vergleichen.

Experiment funktionsfähig aufbauen

Verwenden Sie Halterung und Stativmaterial. Orientieren sie das Smartphone senkrecht. Das Smartphone sollte die (neg.) Erdbeschleunigung nur in der y-Komponente anzeigen.

Beobachten, Messen, Dokumentieren

Auf dem Smartphone befindet sich die App phyphox. Mit dieser lassen sich die Sensoren einfach auslesen und Messwerte festhalten. Starten Sie in der App das Experiment „Aufzug“. Machen Sie sich mit dem inneren Koordinatensystem vertraut, siehe dazu http://phyphox.org/de/unterstutzte-sensoren/. Zeichnen Sie im Fahrstuhl die Beschleunigung und den Luftdruck auf. Fahren sie vom EG in unterschiedliche Stockwerke (1., 2., 3.) und zurück. Wiederholen Sie jede Fahrt einmal. Versenden Sie ihre Messwerte per Mail, o. ä.

Daten aufbereiten

Aufgabe:

Erstellen Sie drei Diagramme für jeweils die Strecken, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen des Fahrstuhls. Jede Messung soll durch einen Graphen dargestellt werden.

Schlüsse ziehen und diskutieren

Aufgabe:

Vergleichen sie ihre Messergebnisse mit den von ihnen aufgestellten Vermutungen und quantitativen Hypothesen! Ziehen Sie ein Fazit!

Geräte an der Station

Gerät	Ort
Smartphone Nexus (weiß)	2-9-4
Halterung für Smartphone	2-9-9
extra großer Stativfuß	Wagen 3 / Fach 1
Stativstange, mittel	Stativwagen
Alternative: Hubwagen	Wagen 4 / Fach 3
Maßband	3-21-2