Archiv für Schlagwort PhyPhox

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.

…weiterlesen »

13. Februar 2018 | Veröffentlicht von Laura-Jane Habermann | Kein Kommentar »
Veröffentlicht unter Smartphone & Tablet
Verschlagwortet mit , ,

Sensor „Smartphone“: Bestimmen der Länge eines Fadenpendels und der Erdbeschleunigung „g“ mit Hilfe von „phyphox“

Wie schon in meinem Artikel

„Sensor „Smartphone“ – Experimentieren und Bestimmen physikalischer Größen mit dem Smartphone und der App „phyphox““

möchte ich erneut über die Nutzung der smartphoneinternen Sensoren zur Bestimmung/Messung physikalischer Größen schreiben.

Habe ich mich beim letzten Artikel mit dem Smartphone-Barometer beschäftigt und bin auf die Steuerung der von Sebastian Staaks entwickelten iOS und Android App „phyphox“ (physical phone experiments) eingegangen, so möchte ich mich heute auf das interne Gyroskop (erfasst die Winkelgeschwindigkeit der drei Achsen, mit der das Smartphone um diese Achsen rotiert) des Smartphones konzentrieren. Außerdem werde ich in diesem Versuch detaillierter auf die Anwendung im Unterricht zu sprechen kommen, denn neben der kostenlosen Bereitstellung der App „phyphox“ bietet der Entwickler auf der Internetseite phyphox.org ebenfalls Videoanleitung, sowie für einige ausgewählte Experimente vorgefertigte Schülerarbeitsblätter für Lehrerinnen und Lehrer und zusätzliche Handreichungen für die Lehrkräfte, in der die Versuchsdurchführung, Ziele des Unterrichts, geplante Unterrichtsdauer, sowie Didaktische und Methodische Überlegungen aufgeführt werden.

Ein fertiger „Versuch to Go“ sozusagen.

 

Versuchsbeschreibung

 

Mit Hilfe des Gyroskops eines Smartphones und der App „phyphox“ wird, montiert an einem selbstgebauten Fadenpendel, die Periodendauer T der harmonischen Schwingung anhand der Pendelbewegung ermittelt.

 mit t = Schwingungsperiode, g = Erdbeschleunigung , l = Länge des Pendels, π = Kreiszahl (Pi)

 

Auf diesem Wege, kann durch Angabe der Pendellänge l (vom Drehpunkt bis zum Schwerpunkt des Pendels) die Erdbeschleunigung

 

bestimmt werden, oder alternativ kann man, unter der Annahme, dass g = 9,81 m/s² ist, im Umkehrschluss die Pendellänge selbst bestimmen.

 

Auf der Internetseite phyphox.org gibt es hierzu, wie bereits erwähnt, die vollständig ausgearbeiteten Arbeitsblattvorlagen. Auf diesen werden den Schülern die benötigten Materialien genannt, die Versuchsdurchführung genau erläutert und diverse Aufgabenstellungen für die Unterrichtsstunde präsentiert.

 

Das Fadenpendel mit Smartphonehalterung hat die Lehrkraft vor der Unterrichtsstunde bereits vorbereitet. Auch hierzu gibt es auf phyphox.org die passenden Anleitungen. Natürlich kann auch der selbstständige Aufbau durch die Schülerinnen und Schüler in die Unterrichtseinheit integriert werden, erfordert aber mehr Zeit.

 

Versuchsaufbau

 

Um eine möglichst „taumelfreie“ Pendelbewegung zu gewährleisten, ist in den Arbeitsmaterialien von phyphox.org die Konstruktion einer Schaukel beschrieben und empfohlen (sie Abb. 1, links).

 

Abb.1: links, Versuchsaufbau laut phyphox.org; rechts, eigener Versuchsaufbau mit Alltagsgegenständen

Soll der Versuch als Schülerversuch mit eigener Konstruktion durchgeführt werden, so bietet sich auch ein einfacher und schneller Selbstbau (Abb.1, rechts) an. Geschenkband (oder z.B. reißfeste Schnur) und z.B. die Verpackung von Kaffeefiltern lassen sich günstig beschaffen und bieten sicheren Halt für das verwendete Smartphone.

 

Versuchsdurchführung

Auf dem Versuchs-Smartphone wird die App „phyphox“ gestartet und unter dem Thema Mechanik der Versuch „Fadenpendel“ ausgewählt.

Mit Druck auf das 3-Punkt-Symbol werden erwieterte Einstellungen aufgerufen und entweder der Fernzugriff per Computer (empfehlenswert) aktiviert, oder eine Zeitautomatik zum Starten und Stoppen des Versuchs eingestellt, da das Smartphone in der Pendelhalterung nicht bedienbar ist.

Wie bei allen Experimenten von phyphox, kann in diesen Einstellungen auch noch einmal eine Beschreibung des Experiments gelesen werden (Experiment Info).

Die Versuchsdurchführung erfolgt dann gemäß den Anweisungen der Arbeitsblätter, in denen mindestens 20 Schwingungsdurchläufe empfohlen werden, damit die App genug Daten zur Berechnung erhalten kann.

 

Ergebnisse

Wie immer zeigt „phyphox“ alle Daten und Berechnungen in Echt-Zeit an und erlaubt damit auch die erste Prüfung der korrekten Ausführung. Alle Rohdaten können im Excelformat direkt am Computer gespeichert werden und damit auch eigene Grafiken und Formeln genutzt werden.

Gleichzeitig gibt „phyphox“ die berechnete Erdbeschleunigung g an und auch die errechnete Pendellänge (bei Literaturwert g) kann sofort abgelesen und verglichen werden. Daneben gibt „phyphox“ die Schwingungsperiode und die Pendelfrequenz an (Abb. 2).

 

  

Abb. 2: Ergebnisse der Pendelbewegung. links, anhand der bekannten Pendellänge berechnetes g; rechts, unter Annahme, dass g= 9,81 m/s² ist, berechnete Pendellänge.

 

Die Schwingungsperiode wird durch die Autokorrelation der Schwingung der drei Komponenten (Achsen) des Gyroskops ermittelt und ebenfalls grafisch dargestellt (Abb. 3)

 

Abb. 3: links, grafische Darstellung der Autokorrelation der Daten der drei Achsen des Smartphones (rechts)

 

Anwendung im Unterricht

Vermutlich jeder Schüler der Sekundarstufe I wird heutzutage ein Smartphone bei sich führen, in jedem Falle aber kann dieser Versuch in Gruppen- oder Partnerarbeit durchgeführt werden, oder auch als Demonstrationsversuch.

Mit der kostenlosen App „phyphox“ und den bereits fertigen Unterrichtsmaterialien für Lehrkräfte stellt phyphox.org alles bereit, was man für den Unterricht braucht. Der Aufbau ist gut beschrieben und lässt sich sowohl mit den Materialien der Schule, als auch mit einfachen Alltagsgegenständen aufbauen.

Der Versuch erlaubt eine Intensive Auseinandersetzung mit dem Thema „harmonische Schwingungen“, da ich aber nicht Physik studiere, sondern Biologie und Chemielehrer werde, fehlt es mir jedoch an dem nötigen Wissen, wie man das Thema weiter vertiefen könnte.

 

Didaktisches Fazit

Der hier vorgestellte Versuch deckt eine Vielzahl von Kompetenzbereichen ab. Er erfordert physikalisches Fachwissen und eines der Lernziele ist das Verständnis der Zusammenhänge der Größen der Formel für die
Schwingungsdauer eines Fadenpendels. Außerdem fördert der Versuch im Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung die Kompetenzen des naturwissenschaftlichen Arbeitens, gerade wenn man von einem Demonstrationsversuch zu einem selbst geplanten Schülerversuch wechselt.

Zwar berechnet „phyphox“ selbstständig die Erdbeschleunigung und die Pendellänge, doch lässt sich dieser Schritt durchaus auch als Rechenaufgabe für die SuS umwandeln. Die Rohdaten können exportiert werden und die Schüler mit den Ihnen bekannten Formeln alle Größen selbst errechnen. Dies kann gleichzeitig den Umgang mit den Office Programmen, in diesem Falle Excel, schulen.

Die Präsentation dieser Ergebnisse fördert dann wiederum den Kompetenzbereich Kommunikation und Bewerten.

Überhaupt bietet die Erhebung von Rohdaten durch „phyphox“ die Möglichkeit, den gesamten Versuch selbstständig von den SuS planen zu lassen und damit den gesamten Verlauf des Experimentierens, inklusive Fragestellung entwickeln, Hypothese formulieren, Experiment planen etc. abzubilden  und Schwerpunkte zu setzen(Abb. 4).

 

Abb. 4: Fähigkeitsraster zur Orientierung und Zielabfrage bei der Unterrichtsplanung. Welche Kompetenzen sollen abgefragt werden, welche Lernziele in welchem Umfang erreicht werden. links, leeres Modell; rechts, beispielhaft ausgefülltes Raster

 

Persönliches Fazit

Wie auch in meinem letzten Artikel zur Anwendung von Smartphones als Sensoren im Unterricht mit der App „phyphox“, so bin ich auch hier von der Nützlichkeit überzeugt. Ich empfinde das Smartphone als überaus angenehmes Werkzeug, da es ohne Zeitaufwand und Einarbeitungszeit quasi jedem Schüler, Lehrer und jeder Schule zur Verfügung steht und dabei überaus genaue Daten produziert.

Die Integration in den täglichen Unterricht ist mühelos. Dank der vorgefertigten Unterrichtsmaterialien von phyphox.org ist eine schnelle und dennoch fundierte Durchführung möglich. Sie eröffnet auch fachfremden Lehrern die Möglichkeit Vertretungsstunden durchzuführen, ohne dabei auf Fachwissen und didaktischen Tiefgang verzichten zu müssen.

 

30. Januar 2018 | Veröffentlicht von Nikolas Denk | Kein Kommentar »
Veröffentlicht unter Smartphone & Tablet
Verschlagwortet mit , , ,

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 »
Veröffentlicht unter Smartphone & Tablet
Verschlagwortet mit , ,

Eigene Experimente in die Phyphox-App hinzufügen

Smartphones haben sich in heutiger Zeit als ständige Begleiter unseres Lebens etabliert. Sie bieten viele Möglichkeiten zur Kommunikation und neben dem offensichtlichen Verwendungszweck verstecken sich noch weitere Möglichkeiten. Moderne Smartphones verfügen über eine Vielzahl von Sensoren, welche zur Messung physikalischer Größen verwendet werden können.
Die Sensoren bzw. die Messwerte der Sensoren sind nicht direkt zugänglich und müssen daher über eine bedient werden. Im Folgenden werden die Erfahrungen mit der App „Phyphox“ dargelegt.

…weiterlesen »

11. Januar 2018 | Veröffentlicht von Engin Kardas | Kein Kommentar »
Veröffentlicht unter Smartphone & Tablet
Verschlagwortet mit

Erfahrungsbericht: Experimentier-App (am Beispiel des Federpendels) und Schulmaterialien von phyphox

Die Experimentier-App phyphox (physical phone experiments) bietet neben den zur Verfügung gestellten Messaufnahme- und Experimentiermöglichkeiten unter dem Menüpunkt „Experimente mit Schulmaterialien“ für eine Auswahl an vorgegebenen Experimenten aufbereitetes Unterrichtsmaterial an, in welchem die Experimentier-App direkt integriert wird. Im Nachfolgenden wird diese Möglichkeit zur Integration des Smartphones in den Physikunterricht getestet und mit „klassischem“ Unterrichtsmaterial (ohne Einsatz des Smartphones) verglichen.

Innerhalb des Themenbereichs der Mechanik wurde das angeleitete Experiment „Harmonische Schwingung am Federpendel“  ausgewählt und gemäß der Vorgaben von phyphox bearbeitet. …weiterlesen »

7. Januar 2018 | Veröffentlicht von Laura-Jane Habermann | Kein Kommentar »
Veröffentlicht unter Smartphone & Tablet
Verschlagwortet mit , ,