Messen mit dem Smartphone und phyphox

2016-screenshot-app-phyphox-messen-smartphoneSmartphones und Tablets sind mit vielen Sensoren ausgestattet. Im Rahmen der vorwissenschaftlichen Arbeit ist nicht immer die Genauigkeit, sondern vor allem die Methode, die Weiterverarbeitung und Interpretation der Daten spannend.

Die App phyphox des Physikinstituts der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen zeigt die verfügbaren Sensoren an und bietet die Möglichkeit die Messwerte aufzuzeichnen und im Excel-Format zu exportieren. Dadurch sind der Weiterverarbeitung bzw. Visualisierung der Daten keine Grenzen gesetzt. Neben den Rohdaten der Sensoren gibt es auch vorgefertigte Experiment (vor allem für den Physikunterricht).

Beispielsweise könnte mit dem Lichtsensor auch Konzentrationsbestimmungen (Photometer) in Chemie oder mit dem Lichtsensor / Audiosensor Umwelt- bzw. Arbeitsplatzmessungen (Biologie) uvm. gemacht werden. Luftdruck- und Temperatursensor ermöglichen es Messungen für Arbeiten mit Bezug zur Geographie uvm.

Im Zentrum ist sicher die Physik durch die Anwendung von Beschleunigungssensor, Gyroskop, Magnetfeldsensor usw.

App Science Journal

App Science JournalScience Journal ist eine App von Google um die Sensoren des Smartphones auszulesen. Die Messwerte können als CSV-Datei exportiert und in der Tabellenkalkulation weiterverarbeitet werden.

Für Vorwissenschaftliche Arbeiten deren Fragestellung eine Messung beinhaltet kann die App ein günstiger Ersatz für ein Messgerät sein.

Die Homepage von Google bietet auch Materialien und Vorschläge für den Einsatz der App.

Aktivitätstracker für den praktischen Teil der VWA

2015-Amazon-Aktivitaetstracker

Aktivitätstracker bei Amazon

Kommt das Thema der Vorwissenschaftlichen Arbeit aus dem Bereich der Biologie, Sport und Bewegung bzw. Sportkunde oder Psychologie (Schlafverhalten) könnte für einen praktischen Teil ein Aktivitätstracker / Fitnessarmband hilfreich sein. Beispielsweise könnte sich die Forschungsfrage mit der Wirkung einer Trainingsmethode, Auswirkungen von Ernährungsänderungen auf die Kondition oder ähnlichen Themen beschäftigen. Messungen könnten in einer vorwissenschaftlichen Genauigkeit mit den Trackern gemessen und über das Smartphone/Tablet übertragen werden. Die Weiterverarbeitung und Auswertung der Daten kann über eine Tabellenkalkulation erfolgen.

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Datalogger für Lego NXT Roboter

Verwendet man Lego-NXT-Sensoren zum Messen, kann auch ein Smartphone oder Tablet als Datenlogger verwendet werden. Es besteht die Möglichkeit zum NXT-Roboterbaustein mit Bluetooth Kontakt aufzunehmen und die Daten zu übertragen. Dazu gibt es fertige Apps (z.B. NXT Data Log) oder man programmiert sich mit dem App-Inventor seinen eigenen Datenlogger.

Weiterführende Links:
NXT Data Log -APP (google play) >>
Artikel zum Lego-NXT im Blog >
Artikel zum App-Invoentor im Blog >
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Daten erfassen mit dem LEGO NXT-Baustein

Die Lego-Mindstorm NXT Roboter verfügen über verschiedene Sensoren:
– Taster
– Farbsensor (Helligkeit / Farbe)
– Schallsensor
– Ultraschallsensor (Entfernungsmesser)
Diese Sensoren können bei Messungen verwendet werden. Mit der beiliegenden Software lässt sich sehr einfach ein Datenlogger programmieren. Mit den Sensoren lassen sich verschiedenste Messungen durchführen, z.B. Messung von Reaktionszeiten mit dem Taster, Messung von Helligkeitsverläufen, Messung von Entfernungen (z.B. auch Schwingungen von Objekten usw.)

Ideen für eine Forschungsfrage:
▪ Wie schnell sind die Reaktionszeiten von …?
▪ Wie verändert sich die Helligkeit im Klassenraum im Laufe des Tages / Woche / …?
▪ Welche Lärmspitzen treten in der Aula / … während des Zeitraums … auf?
▪  …

Weiterführende Links:
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Cardiograph – Pulsmessung

Behandelt das Thema der Vorwissenschaftlichen Arbeit die Auswirkung einer Größe (z.B. eine Tätigkeit, Sport oder ähnliches) auf den Puls, so kann als Messgerät das Smartphone oder Tablet verwendet werden. Die kostenlose App „Cardiograph“ ermöglicht es Profile anzulegen und für die verschiedenen Personen den Puls zu messen.

Cardiograph (Google play) >>
Puls (Wikipedia) >>

Welche Sensoren besitzt mein Smartphone?

Für die Verwendung von Apps im Rahmen einer Messung ist es notwendig zu wissen über welche Sensoren das eigene Gerät verfügt. Die Android Sensor Box gibt einen Überblick über die verfügbaren Sensoren (Gyroscope, Helligkeit, Ausrichtung, Abstand, Temperatur, Beschleunigung, Lautstärke, Magnetfeld und Druck). Ist ein Sensor auf dem eigenen Gerät verfügbar kann dieser ausprobiert bzw. auch schon für Messungen verwendet werden. Zusätzlich können die Daten zum Sensor abgerufen werden. Hersteller, Sensortyp und – für die Vorwissenschaftliche Arbeit von größerem Interesse –  der Messbereich und die Auflösung können abgerufen werden.

Android Sensor Box (Google Play) >>
Artikel zum Thema Messen mit Apps >

Geodäsie mit dem Smartphone

Die Vermessung von Objekten lässt sich mit Hilfe eines Smartphones und Trigonometrie-Apps realisieren. Mit Hilfe der Sensoren (und der richtigen Rechnung) lassen sich verschiedene Vermessungsaufgaben erledigen bzw. im Rahmen einer Forschungsfrage entwickeln. Mögliche Forschungsfragen könnten sich mit der Genauigkeit von Mess-Apps, dem Vermessen von Körpern, Gebäuden beschäftigen. Auch das Aufzeichnen verschiedener Punkte über GPS und die darauffolgende Berechnung bietet das Potential für eine Vorwissenschaftliche Arbeit.

Sensoren:

  • Neigungssensor
  • Magnetfeldsensor (Kompass)
  • GPS-Empfänger (Position, Höhe)

Apps:

Apps mit eigenen Berechnungen lassen sich sehr einfach mit dem App Inventor erstellen.

Weitere Informationen

Messen mit dem Smartphone

In der Vorwissenschaftlichen Arbeit geht es primär darum, wissenschaftliche Methoden anwenden zu können. Das „Vor-“ wissenschaftliche meint, dass es möglich ist das Gebiet einzuschränken (räumlich, Umfang der Untersuchung, Stichprobenanzahl usw.) Diese Überlegung kann auf die Physik angewendet bedeuten, dass nicht immer hochwertige (= meist sehr teure) Messgeräte für die Untersuchung verwendet werden müssen. Es könnten Apps, welche die Sensoren eines Smartphones ansprechen, zur Messung verwendet werden.
Mögliche Messungen (die Verfügbarkeit der Sensoren ist geräteabhängig):

  • Schalldruckpegel
  • Helligkeit (Helligkeitssensor oder über die Kamera)
  • Beschleunigung / Vibration (G-Sensor)
  • Radioaktivität (über die Kamera)
  • Magnetfeld
  • Temperatur (Gerätetemperatur)
  • Näherungssensor
  • Kreiselsensor
  • Drucksensor
  • Geschwindigkeit

Andorid Apps zum Thema (die meisten Apps gibt es in einer kostenlosen Variante und auch alternative Apps von anderen Programmierern)

Neben den aufgelisteten Apps gibt es noch zahlreiche Alternativen zu den einzelnen Apps. Weiters gibt es neben Google Play >> auch weitere Downloadseiten wie AndroLib >>, AndroidPIT >> usw.

Aus der Verwendung der verschiedenen Senoren ergeben sich viele Möglichkeiten für ein VWA Thema bzw. auch für die Forschungsfrage. Beispiele wären:

  • Wie verändert sich der Lärmbelastung im Laufe eines Tages in der Klasse?
  • Wie genau sind Mess-Apps im vergleich zu Messgeräten?
  • Wie ist die Lärmbelastung an einer Kreuzung / Strasse / …?
  • Welches Fahrzeug (PKW, Fahrrad, Skateboard, …) hat eine größere Beschleunigung?
  • Welche Beschleunigungskräfte wirken im Rettungsauto auf einen Patienten, der auf der Krankentrage liegt?

Für spezielle Messungen kann auch mit Hilfe des App Inventors eine eigene Anwendung erstellt werden.

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