Beschleunigungspfeile mit der Physik-App AccelVisu
AccelVisu ermöglicht es, mit einem iPhone oder iPod touch Richtung und Betrag einer beschleunigten Bewegung sichtbar zu machen.
Rund ein Drittel der Oberstufenschüler und viele Studierende reduzieren die Beschleunigung meist auf die Änderung des Geschwindigkeitsbetrags und beachten nicht, dass sie eine gerichtete Größe, also ein Vektor, ist. Deshalb wurde mehrfach vorgeschlagen und erfolgreich erprobt, die Beschleunigung anhand zweidimensionaler Bewegungen einzuführen und zu behandeln. Das App „AccelVisu“ unterstützt durch Visualisierung die Begriffsbildung, indem es die Möglichkeit bietet, Beschleunigungspfeile direkt an dem bewegten Objekt unmittelbar zu sehen, indem man beispielsweise das Gerät über den Tisch schiebt.
Die Beschleunigung des Geräts wird durch den eingebauten Beschleunigungssensor komponentenweise erfasst und im Koordinatensystem des Geräts grafisch als Vektorpfeil dargestellt. Der Beschleunigungssensor misst intern die Auslenkung eines Probekörpers, die wiederum ein Maß für die auf den Probekörper wirkende Kraft ist. Dabei wirken im Allgemeinen zwei Kräfte: die Gewichtskraft und eine Trägheitskraft, die aus der Beschleunigung des Gerätes resultiert. Die auf die Masse bezogene Gewichtskraft nennt man meist gedankenlos Beschleunigung, was problematisch ist.
Hauptbildschirm (links) und Aufnahmebildschirm von AccelVisu.
AccelVisu zeigt nach dem Aufruf im oberen Teil die Hauptanzeige (Abbildung links). Dort wird in einem Koordinatensystem die xy-Projektion der gemessenen Beschleunigung des Geräts blau als Pfeil dargestellt. Außerdem werden die x- und y-Komponente der gemessenen Beschleunigung in Richtung der beiden Achsen jeweils als Linie (grün und rot) präsentiert. Der Beschleunigungsvektor, der sich aus den Komponenten ergibt, kann ein- oder ausgeblendet werden (Schalter „Zeige Vektor?“). Die Messwerte werden in einem Takt von etwa 1/20 Sekunde aufgenommen und zeitgleich dargestellt.
Unter dem Hauptbildschirm befindet sich die Anzeige des momentanen Beschleunigungswertes der beiden angezeigten Komponenten und noch einige Bedienelemente: Der Button „> 0 <“ bewirkt, dass die aktuelle Lage des Geräts als Nulllage gesetzt wird; die Gravitation wird dann (bezüglich der aktuellen räumlichen Lage) nicht mehr berücksichtigt (Tara-Knopf). Nur dann wird die tatsächliche Beschleunigung gemessen, solange das Gerät nicht im Raum gekippt wird. Der Button „Gravit“ stellt den Ausgangszustand wieder her, so dass die Gravitationswirkung wieder unverfälscht mit einbezogen wird.
Mit dem Schieberegler „Empfindlichkeit“ stellt man die Skalierung der Vektorpfeile und damit die Empfindlichkeit der Darstellung ein (nach rechts nimmt die Empfindlichkeit zu). Mit dem Druck auf den Button „Aufnahme“ gelangt man zum Aufnahmebildschirm des Programms (Abbildung rechts). Auf diesem Bildschirm lässt sich oben die Aufnahmezeit und unterhalb der Zeitanzeige die Aufnahmerate einstellen. Darunter werden die Momentanwerte der drei Komponenten der Beschleunigung angezeigt, die mit Druck auf den Button „Aufnahme starten“ aufgenommen werden.
Nach erfolgter Aufnahme lassen sich die Daten durch Drücken auf den Button in der Kopfzeile per E-Mail zur weiteren Verarbeitung versenden. Eine grafische Anzeige der aufgenommenen Werte ist bislang nicht implementiert, da das Programm hauptsächlich zur Pfeil-Visualisierung erstellt wurde.
Mehr über Anwendungsmöglichkeiten erfahren Sie in dem Originalbeitrag, der in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erscheinen ist.
