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Nachbericht zum Workshop „phyphox in der Hochschullehre“

Es ist nun schon über eine Woche her, seit wir zum ersten Mal eine Fortbildung speziell für Hochschulen zu „Smartphone-Experimenten in Vorlesung und Übung“ gemacht haben. Dabei wähle ich bewusst die Formulierung „zum ersten Mal“, da die Veranstaltung ein großer Erfolg war und es sehr wahrscheinlich ist, dass wir diese irgendwann wiederholen werden.

Insgesamt 25 Teilnehmer von der RWTH Aachen, von diversen Hochschulen in NRW und sogar von Hochschulen außerhalb NRWs haben teilgenommen um die Möglichkeiten zum Einsatz von phyphox in der Hochschullehre kennen zu lernen. Dabei gab es neben einer Einführung in die App und einer Präsentation unserer Erfahrungen in den Experimentalphysikvorlesungen der RWTH auch die Möglichkeit, Experimente mit eigenen Geräten zu testen, über die Zukunft von phyphox zu diskutieren und selbst Experimente mit unserem Editor zu entwickeln.

PhoneLabs Starter-Kit

Vor ein paar Wochen habe ich ein Päckchen von der anderen Seite der Welt erhalten:

Die Leute von PhoneLabs haben mir eines ihrer Starter-Kits geschickt, damit ich damit ein wenig herumspielen kann. Das ist ein Satz von Teilen, die aus dem 3D-Drucker stammen sowie ein paar Schrauben und eine Stange, was zusammen einen simplen Aufbau für Smartphone-Experimente ergibt.

Das einzige, was man (abgesehen vom Smartphone) noch hinzufügen muss ist ein Lineal. Leider waren alle Lineale, die ich getestet habe zu breit oder einfach zu kurz, so dass ich statt dessen auf einen Zollstock ausweichen musste, was nicht ideal ist, da der zusammengefaltete Teil auf einer Seite doch etwas im Weg ist. Aber auch so funktionierte das Ganze recht gut.

Wie ihr im Video sehen könnt, habe ich mich entschieden, unser Zentripetalbeschleunigungs-Experiment auszuprobieren und das ganze mit unserem Fernzugriff von einem Notebook zu überwachen. Wenn ihr das noch nicht kennt, folgt hier ein Video dazu – allerdings mit einer Salatschleuder, die das Smartphone rotieren lässt:

Der Vorteil des Aufbaus aus dem 3D-Drucker gegenüber der Salatschleuder ist, dass man den Radius der Kreisbewegung ändern kann. Ich habe das Experiment einfach dreimal für verschiedene Radien wiederholt und es zwischendurch jeweils pausiert und wieder fortgesetzt. Hier seht ihr das Ergebnis (als Screenshot aus dem Fernzugriff) nach drei Wiederholungen:

Man kann die drei verschiedenen Steigungen leicht erkennen und vergleichen. Sie alle folgen recht genau der erwarteten Abhängigkeit vom Radius und der Winkelgeschwindigkeit a_{\mathrm{c}}=r\omega^2 .

PhoneLabs bietet übrigens auch eigene Apps für solche Messungen an. Diese bieten zwar keine Funktionen wie den Fernzugriff, sind aber dadurch ungewöhnlich und innovativ, dass man nichts auf dem Smartphone installieren muss. Diese Apps laufen einfach im Browser des Smartphones und können auch von dort auf manche der Sensoren zugreifen.

Fortbildung für Hochschulen in Aachen und weitere Events

Am 8.9.2017 wird es in Aachen einen großen Workshop zum Einsatz von phyphox an Hochschulen geben. Hier wird alles besprochen, was für Hochschullehrer interessant sein könnte, von Demonstrationsversuchen in der Vorlesung bis hin zum Einsatz im Übungsbetrieb – mit Beispielen und Erfahrungen aus den Experimentalphysik-Vorlesungen an der RWTH Aachen. Weitere Informationen gibt es hier.

Außerdem möchte ich hier gleich auch ankündigen, dass noch viele Events folgen. Nach dem großartigen AAPT Summer Meeting in Cincinnati (daher stammt das Foto oben), plane ich auch am Winter Meeting in San Diego teilzunehmen, welches vom 6. bis 9. Januar 2018 stattfinden wird. Da ich aber noch Abstracts einreichen und Flüge buchen muss, ist das noch nicht ganz fest.

Darüber hinaus gibt es noch vier feste öffentliche Veranstaltungen in Deutschland und ein paar weitere geplante, bei denen ich nur auf die Ankündigung des Veranstalters warte, bevor ich sie hier ebenfalls ankündigen kann.

Die Zukunft von phyphox

Keine Sorge, mit diesem großen Titel möchte ich eigentlich nur erklären, dass wir am Ball bleiben und dabei ein paar Pläne sowie ein Detail ansprechen, dass verwirren könnte. Wenn du einfach nur gerne phyphox als freie App benutzt, mach dir keine Sorgen – alles ist bestens. Wenn du gerne genauer wissen möchtest, was bei uns im Moment so passiert, ließ gerne weiter…

Das Team

Ich fange gleich mit dem Punkt an, der ohne Erklärung irritierend sein könnte: Ich habe geheiratet und den Namen meiner Frau angenommen. Aus „Sebastian Kuhlen“ wurde dadurch „Sebastian Staacks“, was für mich persönlich eine große Änderung bedeutet, aber auf die Entwicklung von phyphox keinerlei Auswirkung hat.

Abgesehen davon gibt es hingegen gute Neuigkeiten, denn zum einen bekommen wir zum Ende des Jahres einen neuen Doktoranden und zum anderen dank der Unterstützung unseres IT Centers vorübergehend eine auszubildende MATSE (mathematisch-technische Softwareentwicklerin). Beide werden an bestimmten Aspekten der App arbeiten und bei der Entwicklung helfen. Es ist zudem schon längst überfällig, dass ich den „Die Macher von phyphox“-Abschnitt auf der Startseite überarbeite, um auch die Leute vom phyphox-Team aufzulisten, die schon seit Langem auf Seite der Fachdidaktik an phyphox mitarbeiten.

Übersetzungen

Zusätzlich bekommen wir noch einiges an freiwilliger Hilfe außerhalb der RWTH Aachen für Übersetzungen. Vor zwei Wochen, auf der GIREP-Konferenz in Dublin, sind gleich mehrere Interessierte auf mich zugekommen, die hier helfen möchten und ich freue mich über jeden, der sich bei mir meldet, um ebenso bei der Übersetzung zu helfen. Ein paar kleine Haken gibt es da allerdings: Zunächst einmal seid gewarnt, dass es mehr Arbeit ist, als ihr vielleicht vermuten würde und dass ihr die Sprache wirklich gut beherrschen müsst (am besten als Muttersprachler). Zudem solltet ihr Physiker sein, um auch die Fachbegriffe korrekt verwenden zu können. Dazu erwarten wir noch, dass ihr als Lehrende tätig seid (egal ob Schule oder Uni), so dass ein professionelles Interesse für uns nachvollziehbar ist. Zu guter Letzt solltet ihr außerdem bereit sein, auch bei Updates, die Übersetzung zu aktualisieren. Das wird zwar nicht zu Häufig passieren und dann jeweils einen eher kleinen Umfang haben, aber es wäre problematisch, wenn wir eine Übersetzung anbieten, die dann in der nächsten Version lückenhaft wird.

Wenn ihr das alles erfüllt und ich euch nicht abgeschreckt habe, meldet euch bitte über die E-Mail-Adresse am unteren Ende dieser Seite.

Open Source

Dies habe ich schon bei verschiedenen Gelegenheiten versprochen und es dauert wie so oft etwas länger als erwartet, aber mit der kommenden Version 1.1.0 (in ein paar Monaten) möchten wir den Quellcode offen legen. Zum jetzigen Zeitpunkt müssen wir nur selbst erst einmal lernen, im Team zu entwickeln, so dass wir diese Umstellung auf den nächsten großen Release oder vielleicht schon dessen Beta-Phase aufschieben.

Apropos phyphox 1.1.0…

Geplante Funktionen

Eine weitere Sache, die ich nun schon eine Weile verspreche sind verbesserte Graphen, insbesondere die Möglichkeit zu zoomen und mehrere Kurven in einem Graphen zu plotten. Diese Funktion hat auch weitaus länger gedauert als erwartet und ist noch längst nicht fertig, aber sie soll in Version 1.1.0 kommen und ich lasse bei dieser Gelegenheit ein kleines Beweis-Video hier, dass ich in der Zwischenzeit nicht untätig war:

Als weitere große Neuerungen sind Bluetooth-Unterstützung und eine bequemere Methode eigene Experimente aus dem Editor zu übertragen geplant. Da die Entwicklung hieran aber erst in Kürze startet, bin ich noch vorsichtig, hier zu viel zu versprechen – ihr werdet aber sicher davon erfahren, wenn diese Funktionen Gestalt annehmen.

Version 1.0.8 (kleine Fehlerbehebungen)

Wir haben soeben eine kleines Update mit Fehlerbehebungen veröffentlicht, die vor allem Probleme mit fehlerhaften Daten aus dem Audio Oszilloskop behebt. Im Gegensatz zu unseren üblichen Updates, wird dieses Update auf jeder Plattform direkt veröffentlicht, da keine neuen Funktionen hinzukommen oder wesentlich verändert werden. Das heißt, dass die Android-Version direkt verfügbar sein sollte, während die iOS-Version noch auf den Review-Prozess von Apple warten muss und voraussichtlich vor Freitag erscheint.

Changelog

Änderungen für Android und iOS

  • Fix für fehlerhafte x-Achse im Audio Oszilloskop.
  • Erlaube ungewöhnliche Frequenzen im Tongenerator und zeige eine Warnung an.
  • Zentrifugalbeschleunigung in Zentripetalbeschleunigung umbenannt.

Änderungen für Android

  • Fix für nicht erreichbaren Bestätigungsbutton bei Start-Warnung (kleine Bildschirme und erhöhte Schriftgröße)
  • Fix für seltenen Absturz im GPS-Modul.
  • Falschen GPS-Status zu „deaktiviert/aktiv“ zusammengefasst.

Änderungen für iOS

  • Fix für das Flackern im Audio Oszilloskop.
  • Fix für Abstürze bei Audio-Wiedergabe, insbesondere unter iOS11.

Experimente zum Doppler-Effekt

Vor einigen Wochen haben zwei Studenten von der Universität Salzburg damit begonnen, kurze Videos zu erstellen, in denen sie Experimente zum Doppler-Effekt vorstellen.

Lukas und Thomas von der Universität Salzburg

Diese Videos entstanden für die Christian Doppler Wissens- und Experimentierplattform, wo sie auf christian-doppler.net vorgestellt werden. Sie zeigen sowohl einfache Experimente für zu Hause als auch komplexere, die für den Physikunterricht geeignet sind. – und wir freuen uns sehr, dass einige davon phyphox mit dem integrierten Experiment zum Doppler-Effekt nutzen, welches direkt die Frequenzverschiebung und die relative Geschwindigkeit berechnen kann.

Hier sind ein paar Experimente, die phyphox nutzen:

Magnetfeld einer Leiterschleife

Das Online-Formular (als Teil eines Online-Skripts), mit dem die Daten gesammelt wurden.

Soeben habe ich mir die Daten der neusten Experimentier-Aufgabe unserer Studierenden angeschaut. Genau wir in unserem früheren gemeinschaftlichen Messen von Pendelfrequenzen sollten die Studierenden ihre Ergebnisse in einem Online-Formular übermitteln, so dass wir alle Daten zusammenfassen und damit ein Modell prüfen können, welches in einer späteren Vorlesung behandelt wird. Dieses Mal war es das Magnetfeld, welches von einer stromdurchflossenen Leiterschleife erzeugt wird.

Da wir nicht davon ausgehen konnten, dass alle Studierenden eine regelbare Stromquelle zur Verfügung haben, haben wir sie statt dessen angewiesen, einfach eine AA-Batterie (keine Akkus, keine Lithium-Batterien, usw. – aus Sicherheitsgründen) mit einem beliebigen Kabel (wie das USB-Kabel im obigen Bild) zu verbinden. Nachdem Sie die genaue Position des Magnetometers im Smartphone festgestellt haben, sollten Sie eine Schleife mit dem Magnetometer im Mittelpunkt legen und die Änderung im Magnetfeld senkrecht zur Schleife messen. Das ganze sollte für fünf verschiedene Radien wiederholt und die Ergebnisse übermittelt werden:

Da wir den genauen Strom im Experiment nicht kennen (bei 1,5V hängt dieser noch immer vom Kabel und dem inneren Widerstand der Batterie ab), haben wir außerdem die Anweisung gegeben, dass eine Messung bei einem Radius von 5cm dabei sein muss. Dadurch konnten wir das Verhältnis B(r)/B(5cm) des B-Felds bei beliebigem Radius zum Feld bei 5cm auftragen und damit diese Unbekannte eliminieren. Außerdem wurde der Betrag genommen, da manche Studierende negative Änderungen übermittelt haben.

Ich bin recht zufrieden mit dem Ergebnis und bin gespannt auf die Vorlesung, in welcher wir die gesammelten Daten den Studierenden zeigen können.

100.000 Installationen!

Woohoo, wir haben heute die 100.000 Installationen geknackt (zusammengefasst, Android und iOS) – in weniger als einem Jahr. Das ist großartig, vielen Dank euch allen! Bitte helft uns, phyphox weiter zu verbreiten, indem ihr euer Lieblingsexperiment, einen Tweet/Post/Youtube-Video oder einfach den Link zu unserer Seite mit Freunden und Kollegen teilt – im Internet oder im echten Leben.

Nochmals vielen Dank an euch alle!

Version 1.0.7 (GPS, Experiment-Zustand speichern, …)

Auch wenn wir bereits an den größeren Neuerungen wie zoombaren Graphen arbeiten, haben wir uns entschieden zuvor noch eine kleinere Version herauszubringen mit ein paar netten neuen Funktionen.

Changelog

Und wie zuvor folgen hier nun alle Änderungen für diejenigen, die es genau wissen wollen oder die keine Videos mögen…

Änderungen für Android und iOS

  • Speichere oder teile den Zustand des Experiments inklusive der aufgenommenen Daten – sogar über Betriebssysteme hinweg.
  • GPS wird unterstützt.
  • Audio Autokorrelation und Spektrum zeigen nun die entsprechenden Musiknoten.
  • Man kann verschiedene Anzahl von Samples wählen beim Audio-Spektrum.
  • Neue Experimente: Beschleunigungs- und Magnet-Spektrum.
  • Das Zeitintervall des Audio-Oszilloskops ist nun einstellbar.
  • Verbesserter Algorithmus für die Audio-Autokorrelation.
  • Die Audio Amplitude kann nun kalibriert werden und gibt den Schalldruckpegel in dB aus.
  • Der Startbildschirm enthält nun das Logo der RWTH.
  • Das Magnetometer gibt seine Genauigkeit an.
  • Die Löschen-Funktion wurde als Taste in die Aktionsleiste verschoben.
  • Kleine Verbesserungen für TalkBack / VoiceOver indem unbeschriftete Tasten benannt wurden.
  • Die Puffer für die akustische Stoppuhr und den inelastischen Stoß wurden vergrößert, was auf langsameren Geräten helfen könnte.

Änderungen für Android

  • Fix: Absturz unter Android 7.1 und Android O wenn nicht-3D-Sensoren wie der Helligkeitssensor oder der Drucksensor ausgelesen wurden.
  • Fix: Absturz wenn das Bild gedreht wurde während der Hinweis auf die Beschreibung erscheint.
  • Fix: Absturz bei fehlerhaften Icons im Hauptmenü.

Änderungen für iOS

  • Fix: Absturz bei schneller Abfolge von Fourier-Transformationen.
  • Der Code wurde auf Swift 3 konvertiert. Idealerweise sollte man davon nichts merken. Idealerweise.
  • Die alte, nicht mehr aktualisierte Sound-Engine wurde ersetzt.
  • Fix: VoiceOver funktionierte nicht wenn phyphox mit Audio arbeitet.
  • RWTH-Logo im Credits-Dialog ergänzt.

Dateiformat-Änderungen (Version 1.5)

  • Puffer können nun mit einer Liste von Werten initialisiert werden.
  • Werte-Bereiche können nun Texten zugeordnet werden, die im Value-Element statt dessen angezeigt werden.
  • Es gibt nun einen Genauigkeitskanal (zunächst nur beim Magnetometer).
  • Die Sleep-Zeit des Analysis-Durchlaufs kann nun dynamisch gesetzt werden.
  • Neue Analysis-Module: round und log.
  • Fix: Startwert des subrange-Moduls wird nun korrekt verwendet.
  • Fix unter Android: Das FFT-Modul nutzt nun die tatsächliche Anzahl der Werte statt der Größe des Puffers.
  • Fix unter iOS: Button-Element konnte keine Puffer als Eingang nutzen.

Der Editor und das Wiki werden in den kommenden Stunden ebenso aktualisiert.