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Die Geschwindigkeit eines Reifens


Wir haben einen Artikel in „Physik in unserer Zeit“ veröffentlicht, in welchem phyphox vorgestellt wird. Dabei zeigen wir die Möglichkeiten, eigene Experimente zu erstellen und diese mit einem zweiten Gerät zu überwachen. Dies demonstrieren wir wiederum anhand eines Experiments, in welchem das Smartphone im Rand eines Reifens steckt, der einen Hügel herab rollt. Dabei kann phyphox selbständig den Radius des Reifens bestimmen und die Geschwindigkeit anzeigen (ähnlich dem Experiment Rolle, welches in phyphox integriert ist).

Physik in unserer Zeit 48, 148-149 (2017)

Wenn ihr das Experiment aus dem Artikel selbst ausprobieren möchtet, könnt ihr es entweder direkt in phyphox öffnen oder es herunterladen. Das Experiment erwartet, dass sich das Smartphone möglichst außen im Reifen befindet und um die x-Achse rotiert.

MNU-Bundeskongress

Vielen Dank an die Organisatoren des MNU-Bundeskongresses und an alle, die unseren Vortrag, den Stand und den Workshop besucht haben! Es war zwar recht stressig, jedes Experiment für jeden Teil vorzubereiten, aber die vielen positiven Reaktionen waren es absolut wert. Vielen Dank für den Spaß, den wir dabei hatten!

Walnut-Angriff mit phyphox

Dies ist ein etwas ungewöhnlicheres Experiment: Vor etwas mehr als einer Woche hat die SPQR-Gruppe der Universität Michigan demonstriert, dass es möglich ist, die Messwerte des Beschleunigungssensors mit Tönen bei der Resonanzfrequenz des Sensors zu manipulieren (Originalveröffentlichung). Sie bezeichneten dies als Walnut-Angriff.

Dieses phyphox-Experiment erzeugt nun Sinustöne über den Lautsprecher und fährt diese langsam von 200 Hz bis 20000 Hz durch, während die Daten des Sensors überwacht werden. Du kannst das Handy an einen stabilen Ort legen, das Experiment starten und auf das Ergebnis warten. Wenn dein Sensor für diese Manipulation anfällig ist, sollten deutliche Resonanzen sichtbar sein, wie in diesem Beispiel auf einem iPhone 6s.

Man kann deutlich sehen, wie die Messwerte des Beschleunigungssensors für manche Frequenzen abweichen, obwohl das Handy ruht.

Wenn dein Handy nicht dafür anfällig ist, sollte auch keine nennenswerte Abweichung auftreten, wie bei diesem Nexus 5X.

Wenn du es selbst ausprobieren möchtest, öffne einfach diesen Link auf einem Smartphone, auf dem auch phyphox installiert ist:
Walnut-Resonanz-Experiment

Übrigens: Auch wenn dein Handy eine Resonanz zeigt, brauchst du dir keine großen Sorgen zu machen. Der schlimmste Angriff mit dieser Methode kann lediglich deine Fitness-App dazu bringen, mehr Schritte zu zählen als du wirklich gemacht hast…

Workshop in Erfurt

Der erste der beiden phyphox-Workshops bei den „23. Tagen des mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterrichts“ in Erfurt ist nun vorbei – mit großartigem Feedback. Freue mich schon auf den zweiten heute nachmittag. Für unsere Teilnehmer (und alle anderen Interessierten) gibt es hier die Info-Blätter zu den Experimenten: PDF

Arbeitsblätter gibt es in unserer Experiment-Datenbank (die beiden Pendel) bzw. werden dort in den nächsten Wochen noch folgen.

Für diejenigen, die sich für die Experimente unserer Vorlesung interessieren gibt es diese unter http://phyphox.org/ex1 und die Experimente des phaeno-Wochenendes gibt es unter http://phyphox.org/phaeno. Beide Seiten sind allerdings im Kontext der jeweiligen Veranstaltung, so dass die Experimente dort ohne weitere Erklärungen verlinkt sind.

Experiment: Fadenpendel

Dies ist das zweite der beiden Videos über Schwingungen mit phyphox. In diesem geht es um Fadenpendel und wie wir die Messergebnisse unserer Studierenden gesammelt haben, um das Modell des mathematischen Pendels zu prüfen.

(Sorry für die irritierende Ringleuchte – habe alle Lichter aufgefahren…)

Experiment: Federpendel

Vom einfachen Federpendel über einen gedämpften Oszillator bis hin zur erzwungenen Schwingen können Pendel hervorragend mit einem Smartphone und phyphox vermessen werden.

Dies ist das erste von zwei Videos zu Schwingungen mit phyphox.

Version 1.0.6 (Neue Experimente, kleine Verbesserungen)

Auch dieses Update ist noch nicht das große Update, welches vor einer Weile angekündigt wurde. Aber in der Zwischenzeit haben sich so viele kleine Bugfixes, Verbesserungen und neue Ideen gesammelt, dass es Zeit wurde, ein weiteres kleines Update heraus zu bringen. Dabei stellt sich heraus, dass die Summe der Kleinigkeiten gar nicht mal so klein ist. Also folgen hier ein paar Highlights dieses Updates…

Neues Experiment: Inelastischer Stoß

Dieses schöne Experiment wurde mir von Mirko Zeppmeisel, einem Physiklehrer am Rupprecht-Gymnasium in München, vorgeschlagen. Es basiert auf der akustischen Stoppuhr und analysiert die Geräusche einer springenden Kugel. Das Experiment berechnet aus den zeitlichen Abständen der Aufprallgeräusche die Anfangshöhe, die maximale Höhe zwischen den jeweiligen Stößen und den Anteil der Energie, der nach jedem Aufprall erhalten bleibt.

Experimente zur Zeitmessung

Ebenfalls von Mirko Zeppmeisel vorgeschlagen, kommt phyphox nun mit ein paar weiteren Stoppuhren neben der schon vorhandenen akustischen Stoppuhr. Dies wären nun eine Bewegungsstoppuhr (nutzt den Beschleunigungssensor), eine optische Stoppuhr (nutzt den Helligkeitssensor) und eine Näherungs-Stoppuhr. Letztere nutzt den Annäherungssensor, der jetzt auch von phyphox unterstützt wird.

Rohdaten-Experimente

Die einfachen Sensor-Experimente haben nun keine Ratenbegrenzung mehr und arbeiten jetzt mit der maximalen Rate, die der Sensor im jeweiligen Gerät zur Verfügung stellt. Ein möglicher Nachteil ist, dass diese Experimente nun mehr vom jeweiligen Gerät abhängen und die Datenmenge ältere Geräte früher ausbremsen. Aber da viele Nutzer diese Änderung gewünscht haben, ist es sicher einen Versuch wert. Außerdem liefern die einfachen Experimente nun auch den Betrag der Messwerte bei 3D-Sensoren-Daten.



Resonanz und Fadenlänge

Die beiden Pendel-Experimente haben nun eine neue Seite, welche die Amplitude gegen die Frequenz auftragen. Damit kann direkt die Resonanz einer erzwungenen Schwingung gemessen werden (hierzu folgt in Kürze ein Video). Zusätzlich hat das Fadenpendel noch eine neue Seite bekommen, auf welcher die Fadenlänge bestimmt werden kann. Statt g für eine gegebene Fadenlänge zu messen, kann man hier g = 9.81 m/s² annehmen und so die Länge des Fadens ermitteln.

Aufzug mit Beschleunigung

Das Aufzug-Experiment zeigt nun nicht mehr nur die zurückgelegte Strecke und die Geschwindigkeit über das Barometer an, sondern auch die Beschleunigung über den Beschleunigungssensor.



Changelog

Hier folgen nun alle Änderungen für diejenigen, die es genau wissen wollen…

Änderungen für Android und iOS

  • Neues Experiment: Inelastischer Stoß.
  • Neue Zeitmessungs-Experimente: Bewegungs-Stoppuhr, Näherungs-Stoppuhr und Optische Stoppuhr. Die bisherige akustische Stoppuhr ist mit in diese Kategorie gewandert.
  • Unterstützung für den Näherungssensor.
  • Rohdaten-Experimente liefern nun auch den Betrag der Messwerte für 3D-Sensoren.
  • Der Info-Button oben zeigt nun ein Menü mit Links zu unserer FAQ, Hilfe und Experiment-Sammlung.
  • Die beiden Pendel-Experimente haben nun eine Resonanz-Seite.
  • Das Fadenpendel hat nun eine neue Seite, auf der die Länge des Fadens ermittelt werden kann.
  • Das Sonar hat nun noch eine dritte Ansicht, bei der die Echos gegen die Zeit aufgetragen werden.
  • Sonar und akustische Stoppuhr sollten nun auf langsameren Geräte besser funktionieren.
  • Das Aufzug-Experiment zeigt nun auch die Beschleunigung des Beschleunigungssensors.
  • Der Fernzugriff startet in einer neuen „schmalen“ Ansicht. Über das Menü oben rechts kann man zu den alten Ansichten zurückkehren.
  • Die Ratenbegrenzung der Rohdaten-Experimente wurde entfernt, so dass nun so schnell gemessen wird, wie es der Sensor des Geräts kann.
  • Fix: Die Skalierung der Graphen wurde nicht beim Fernzugriff berücksichtigt.

Änderungen für Android

  • Die aufgenommen Daten vom Mikrofon werden in kleineren Paketen gelesen, um das Timing des Analyse-Durchgangs zu verbessern.
  • Standard-Abstände verschiedener View-Elemente wurden entfernt, da diese nun über das neue „separator“ View-Element erzeugt werden (siehe unten bei den Änderungen am Dateiformat.)
  • Beim Versuch, ein Experiment zu öffnen wird der nicht verfügbare Sensor benannt.
  • Fix: Absturz wenn Experimente Titel mit weniger als drei Buchstaben verwenden.
  • Fix: Seltener Absturz beim Anzeigen des Info-Tooltips.
  • Fix: Der Dialog zum Speichern eines externen Experiments wird nicht mehr angezeigt, wenn dieses Fehler enthält. Das Speichern in solchen Fällen führte zu Abstürzen.
  • Fix: Eine Optimierung übersprang alle Berechnungen mit leeren Eingangs-Puffern unter der Annahme, es seien noch keine Daten vorhanden. Dies führte zu Problemen, wenn die Puffer absichtlich geleert wurden. Statt dessen wird nun nachgehalten, welche Puffer verändert werden.
  • Fix: Beim Mitteln von Sensordaten wurde der erste Wert ausgegeben ohne Teil einer Mittlung zu sein.
  • Fix: Die Edit-Box im Experiment „Magnetisches Lineal“ setzte sich sofort auf den Standardwert zurück.
  • Fix: Mehrfach nutzbare Eingänge wurden falsch zugeordnet, wenn sie nicht beim ersten Satz der Eingänge verwendet wurden. Dies betraf das „rangefilter“ Modul, so dass es sich falsch verhielt, wenn nicht die Daten des ersten Eingangs sondern die eines späteren gefiltert werden sollten.

Änderungen für iOS

  • Audio-Aufnahmen werden nun intern gepuffert und erst kurz vor der Analyse in die Puffer des Experiments kopiert. Dies garantiert, dass sich die Puffer während eines Analyse-Durchgangs nicht ändern, so dass die Daten nicht im Experiment nochmal kopiert werden müssen. Dies ist zudem konsistent mit dem Verhalten der Android-Version.
  • Statt „NaN“ wird nun ein Strich angezeigt.
  • Bei der Screenshot-Teilen-Funktion wird nun ein Standard-Text vorgegeben. Dies verhindert hoffentlich, dass manche Drittanbieter Apps den Dateipfad des Bildes als Text verwenden.
  • Fix: Das „Rangefilter“-Modul funktionierte nicht, wenn der erste Wert des zweiten Eingangs gefiltert wird.
  • Fix: Der Fernzugriff fiel aus, wenn man die App verlässt und zum laufenden Experiment zurück kehrt.

Dateiformat-Änderungen (Version 1.4)

  • Alle Sensoren haben nun einen Ausgang für den Betrag der 3D-Daten, so dass diese nicht mehr explizit im Experiment berechnet werden müssen.
  • Neues „separator“ View-Element. Dieses erzeugt Abstände und Trennlinien, mit denen andere Elemente optisch gruppiert werden können.
  • Neues Analyse-Modul: „subrange“. Dieses gibt einfach alle Werte in einem gegebenen Index-Bereich eines Puffers zurück. Diese Methode ist deutlich schneller, als das (flexibleren) „rangefilter“-Modul hierfür zu verwenden.
  • Die Analyse-Module „if“ und „append“ sowie das View-Element „button“ erlauben nun Eingänge des Typs „empty“. Dies entspricht einem konstant leeren Puffer an diesem Eingang.
  • Das Verhalten des „if“-Moduls wurde leicht verändert: Wenn der Ausgang als „clear“ gesetzt wird, löscht das Modul den Ausgang dennoch nur, wenn es einen Eingang gibt, der zum ermittelten Wahrheitswert passt. Das bedeutet, dass man den Ausgang bedingt löschen kann, indem ein Wahrheitswert keinen Eingang und der anderen einen Eingang des Typs „empty“ erhält.