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App-Vergleich: phyphox vs. Physics Toolbox Suite

Innerhalb des App-Stores bzw. Playstores finden sich zahlreiche Apps, die Messmöglichkeiten physikalischer Größen über die Nutzung der Handysensoren anbieten. Im Nachfolgenden sollen die Apps „phyphox“ und „Physics Toolbox Suite“ in Aufbau, Funktionsweise und Erweiterungsmöglichkeit verglichen werden.

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13. Februar 2018 | Veröffentlicht von Laura-Jane Habermann | Kein Kommentar »
Veröffentlicht unter Smartphone & Tablet
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Sensor „Smartphone“ – Experimentieren und Bestimmen physikalischer Größen mit dem Smartphone und der App „phyphox“

Telefonieren, Nachrichten schreiben, in sozialen Netzwerken stöbern, einkaufen, oder Navigieren und Fotos schießen. Moderne Smartphones bieten allerhand Möglichkeiten zur täglichen Beschäftigung. Sie ersetzen die üblichen Navigationssysteme, machen handelsübliche Kompaktkameras beinahe überflüssig und liegen mit ihrer Rechenleistung teils gleichauf mit Computern.

Doch kaum jemand kümmert sich darum welche (versteckte) Technik all die kleinen Raffinessen ermöglicht. Wir starten einen Anruf und beim Anlegen an das Ohr verdunkelt, wie selbstverständlich, der Bildschirm. Wir führen unser Telefonat und sprechen natürlich in das offensichtlich vorhandene Mikrofon und hören durch die eingebauten Lautsprecher den Gesprächspartner, oder unsere Musik. Ob im Wohnzimmer, oder auf der sonnigen Terrasse surfen wir im Internet und die Displaybeleuchtung passt sich, wie von Geisterhand, automatisch an alle Lichtverhältnisse an. Die Joggingstrecke, die Geschwindigkeit beim Autofahren, die erklommenen Treppenstufen des Tages. All diese Daten erfasst und errechnet unser Smartphone täglich und das alles mit beeindruckender Genauigkeit.

Doch wie schaffen diese kleinen Geräte all dies?

 

Smartphone-App „phyphox“ machts möglich

Um diese Frage zu klären muss man sich entweder ausführlich den jeweiligen Datenblättern der Geräte widmen, oder man vertraut auf kluge Köpfe wie Sebastian Staacks, der die App „phyphox“ entwickelt hat.

Phyphox greift auf die in Smartphones enthaltenen Sensoren zurück und liest deren Daten aus und stellt sie nummerisch, als auch grafisch dar. Phyphox erlaubt neben der einfachen Nutzung der vorhandenen Sensoren (modellabhänig) auch die Nutzung in vorgefertigten Experimenten zu den Themen Akustik, Alltag, Mechanik, Werkzeuge und Zeitmessung.

Auf phyphox.org findet man zudem unterrichtstaugliche Experimente mit vorgefertigten Unterrichtsmaterialien.

 

Höhenmessung mit Barometer

Die neuesten Smartphonemodelle enthalten neben Lichtsensoren, GPS-Sensoren, oder Magnetometern auch ein Barometer, also einen Sensor zum Messen des aktuellen Luftdrucks.

Wir alle kennen den Spruch „Die Luft wird langsam dünn“. Meistens bezogen auf Personen in Führungspositionen, ursprünglich galt dieser Spruch aber vor allem für Bergsteiger und Piloten. Je weiter man sich von der Erdoberfläche entfernt, zum Beispiel mit Hilfe eines Flugzeugs, oder auch wenn man einen Berg besteigt, desto stärker nimmt die Dichte der Luftmoleküle  ab, die Luft wird sprichwörtlich „dünner“.

Auch das Wetter wird durch den Luftdruck beeinflusst, wir alle kennen Tief- bzw. Hochdruckgebiete.

Smartphones zählen oft die zurückgelegten Schritte des Besitzers und die Hersteller wollen vermehrt die Navigation auch innerhalb von Gebäuden bereitstellen und Höhenprofile und zurückgelegte Stockwerke anzeigen. Durch GPS-Sensoren und Kartendaten funktioniert dies in freier Natur bereits sehr gut. Schwierig wird es allerdings in Gebäuden, oder auch bei Bergtouren ohne GPS Empfang und so helfen sich die Hersteller durch die Ausnutzung dieser Naturgesetze.

 

Abb. 1: Luftdruck in Abhängigkeit zur Höhe bzw. zur Moleküldichte der Luft

 

Experiment „Alltag: Fahrstuhl fahren“

Im ersten Stockwerk eines Gebäudes herrscht ein anderer Luftdruck, als im zweiten, oder auch im dritten Stockwerk. Am Fuße des Berges herrscht ein höherer Luftdruck, als auf dem Gipfel.

Wie wir in Abb. 1 sehen, ändert sich der Luftdruck in Abhängigkeit zur Entfernung zum Meeresspiegel (Höhe) kontinuierlich und nicht sprunghaft.

Fahren wir nun mit einem Fahrstuhl vom Erdgeschoss in das 1, 2, 3 oder ein höheres Stockwerk, so fahren wir quasi entlang der roten Linie der Abb. 1 (links). Der Luftdruck nimmt mit zunehmender Höhe ab, ebenso die Teilchendichte.

 

Wie hoch ist eigentlich ein Stockwerk, wie viele Höhenmeter legen mit dem Fahrstuhl zurück und wie schnell fährt der Fahrstuhl dabei eigentlich?

 

Phyphox beantwortet uns diese Frage und zeigt uns auf eindrucksvolle Art und Weise, wie wir physikalische Größen und Gesetze im Alltag sichtbar machen und vor allem Nutzen können. Und die App zeigt uns, wie wir jeden Tag in unseren Hosentaschen unbewusst physikalische Messgeräte bei uns tragen.

 

 

Abb. 2: Auswahlmöglichkeiten der vorhandenen Smartphone-Sensoren und der vorgefertigten Experimente

 

Die App „phyphox“ ist leicht und verständlich zu bedienen. Startet man die Anwendung, so öffnet sich gleich eine Übersicht über die vorhandenen Sensoren. Nicht vorhandene, oder nicht verwendbare Sensoren werden grau unterlegt.

Darunter zeigen sich eine Reihe von unterschiedlichen Experimenten zu den Themen Akustik, Mechanik, Alltag und andere. Kurze Beschreibungen finden sich bereits an dieser Stelle, ausführliche Erklärungen findet man zusätzlich in den einzelnen Experimenten selbst.

Alle Daten der Experimente lassen sich einfach per Knopfdruck exportieren und so bei z.B. Excel sichern und weiterverarbeiten.

Neben der Darstellung auf dem Smartphone, erlaubt „phyphox“ ebenso den Start und Stopp, sowie die Darstellung der ermittelten Daten per Fernabfrage (Verbindung zum selben WLAN-Netzwerk nötig) über einen externen Computer/Laptop/Tablet.

 

Abb. 3: Anzeige der Höhenmeter und der Geschwindigkeit (links), sowie der Rohdaten des Barometers (rechts), in Echt-Zeit

 

Die Aufzeichnung der Sensordaten beginnt direkt per Knopfdruck auf die „Starttaste“.  In Echt-Zeit wird die zurückgelegte Höhe, anhand der Barometer-Rohdaten (Luftdruck), berechnet und angezeigt. Ebenso stellt das Smartphone anhand der Höhenmeter pro Zeiteinheit die Fahrstuhlgeschwindkeit dar. Auch die Beschleunigung des Smartphones über den internen Beschleunigungssensor wird angezeigt.

Ebenso lassen sich mit „phyphox“ die Rohdaten des Barometers, also der Luftdruck selbst, anzeigen.

 

Anwendung im Unterricht

Ein Smartphone vereint zahlreiche Messgeräte in einem einzigen. Der größte Vorteil des Smartphones ist dabei sicherlich, dass nahezu jeder Schüler und jede Schülerin (SuS) ein eigenes Gerät besitzt und dank der kostenlosen App „phyphox“ eine einheitliche und intuitive Nutzung möglich ist. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass das Smartphone für Schülerinnen und Schüler so selbstverständlich und intuitiv in der Bedienung ist, dass im Unterricht praktisch keine Zeit für die Einarbeitung in ein unbekanntes Messgerät nötig ist. Auch ist die Bereitschaft zur Nutzung seitens der SuS sicherlich hoch, wenn gleich auch die Gefahr besteht, dass die SuS ihre Smartphones bei dieser Gelegenheit missbräuchlich verwenden und sich so nicht ausreichend auf das Experiment konzentrieren, oder den Unterricht stören können. Hier erfordert es klare Regeln zur Nutzung der Smartphones im Unterricht und die Begrenzung auf den Einsatz beim Experimentieren.

 

Didaktisches Fazit

Die Nutzung der Smartphone-Ssensoren und der App „phyphox“, sowie der online bereitgestellten Videos und Experimentieranleitungen erlauben eine einfache und schnelle Nutzung und lassen sowohl eine einfache, oberflächliche Betrachtung physikalischer Größen zu, als auch eine sehr tiefgreifende und komplizierte.

Das vorgestellte Experiment zum Alltagsphänomen „Fahrstuhl fahren“ erlaubt es, den SuS auf einfache Weise das Prinzip des Luftdrucks und der Dichteverteilung von Gasen zu erklären.

Gleichzeitig ist es auch möglich die SuS selbst die Höhe, oder die Geschwindigkeit des Fahrstuhls aus den Rohdaten berechnen zu lassen und somit neben den physikalischen Kompetenzen, auch ihre mathematischen Kompetenzen zu fördern und Zusammenhänge aufzuzeigen. Weitere Möglichkeiten bieten sich, in dem man den Sensor selbst zum Thema macht und mit den Schülerinnen und Schülern ergründet, wie der jeweilige Sensor, in diesem Fall das Barometer, funktioniert.

 

Persönliches Fazit

Die Nutzung des (eigenen) Smartphones im Unterricht ist in meinen Augen in der heutigen Zeit unerlässlich und gehört für die Schülerinnen und Schülern zum Alltag wie Stift und Papier. Dieser selbstverständliche Umgang mit einem so komplexen und vielseitig einsetzbaren Gerät öffnet nicht nur für die MINT Fächer unglaubliche Möglichkeiten zur Nutzung, sondern auch den geisteswissenschaftlichen Fächern. Recherche, Aufzeichnung, Datenauswertung sind mit einem Smartphone und Internetzugang so einfach wie nie zuvor. Eine gut ausgebildete Medienkompetenz vorausgesetzt. Die kostenlose App phyphox ist einfach und vielfältig und durch die Möglichkeit eigene Experimente hinzuzufügen zukunftsträchtig. Allein die spielerische, ungerichtete Nutzung der App weckt Interesse sowohl an den Fähigkeiten des Messgeräts Smartphone, als auch, an den physikalischen Grundsätzen, die dahinter stecken.

 

 

 

23. Januar 2018 | Veröffentlicht von Nikolas Denk | Kein Kommentar »
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30. Oktober 2016 | Veröffentlicht von Sebastian Tillack | 2 Kommentare »
Veröffentlicht unter Allgemein, Arduino
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