Mit dieser App geht's rund

Bei vielen Apps zur Beschleunigungsmessung ist die Darstellung für Anfänger wie Schülerinnen und Schüler schwer zu verstehen. MyTech hilft hier weiter. Die App liest sowohl die Daten der Beschleunigungssensoren als auch diejenigen der Gyroskopsensoren zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit des Gerätes für jede Raumrichtung aus. Diese Zweiteilung findet sich auch in der grundlegenden Gestaltung des Menüs, denn es lässt sich zwischen der Ansicht zu den Daten der Beschleunigung (Accelerometer) und der Winkelgeschwindigkeit (Gyroscope) umschalten. In beiden Ansichten werden die fortlaufend aktualisierten Messdaten der letzten rund 2,5 s im Diagramm sowie die momentanen numerischen Werte dargestellt.

Die Aktualisierung kann durch ein Tippen auf den Graphen angehalten werden. Die Messfrequenz lässt sich im Bereich 10 Hz bis 100 Hz einstellen. Zusätzlich sind die Messwerte für die unterschiedlichen Raumrichtungen farblich voneinander abgegrenzt, über eine Legende eindeutig zugeordnet und können einzeln ausgeblendet werden (fast transparente Darstellung) (Abbildung 1).

Nach Betätigen der roten kreisförmigen Schaltfläche in der Mitte werden die Messdaten aufgezeichnet und gespeichert und können danach unter dem Ordnermenü weiterverwendet werden. Dort lassen sich diese retrospektiv betrachten, wobei man mithilfe einer Wischgeste durch den zeitlichen Verlauf der Messdaten scrollen kann. Die gewonnenen Daten lassen sich direkt via E-Mail als csv-Datei exportieren.

Mehrwert für den Einsatz
Die App zeichnet sich gegenüber anderen Apps durch mehrere didaktische Besonderheiten aus. Zum einen lässt sich die Erdbeschleunigung „ausblenden“, das heißt, der Anteil der gemessenen Beschleunigung je Raumrichtung, die auf die Gravitationskraft zurückzuführen ist, wird von den Messwerten abgezogen. Eein auf dem Tisch liegendes Smartphone zeigt demnach in z-Richtung nicht mehr a_z=10 m/s² an, sondern a_z=0 m/s². Dies entspricht einem Wechsel des Bezugssystems, denn nun wird die Beschleunigung des Gerätes gegenüber einem festen Laborsystem angegeben. Insbesondere für die Untersuchung des freien Falls ist diese Funktion notwendig, um Verständnishürden bei der Interpretation der Messdaten abzubauen.

Im Gegensatz zu anderen Apps wird die Erdbeschleunigung als vektorielle Größe subtrahiert: Nach dem Nullen kann man das Gerät um 90° drehen, und die Erdbeschleunigung wird dann von der richtigen Komponente abgezogen. Andere Apps ziehen die Erdbeschleunigung weiterhin von der ursprünglich gewählten Komponente ab.

Zum anderen bietet die App eine Animation der momentanen Beschleunigung anhand eines Masse-Feder-Modells, das gleichzeitig eine geeignete Visualisierung der Funktionsweise der Beschleunigungssensoren darstellt (Abbildung 1). Hierbei wird die Rückführung der Beschleunigungsmessung auf die Auslenkung einer schwingenden Masse und damit der Messung einer Kraft deutlich. Auch hier besteht die Möglichkeit, die Erdbeschleunigung auszublenden, was im Modell vereinfacht durch eine zusätzliche Feder verdeutlicht wird, deren Rückstellkraft die Gravitationskraft kompensiert.
Internes Hilfemenü

Darüber hinaus bietet die App ein ausführliches Hilfemenü, das von der Erklärung der Menüführung, der Aufnahme, Speicherung und dem Export von Messdaten über die Orientierung der Koordinatenachsen im Raum bis hin zur Funktionsweise der Sensoren und der Bedeutung des animierten Modells reicht. Insbesondere beinhalten diese Hilfestellungen alle notwendigen Informationen, um die angezeigten Messdaten korrekt interpretieren zu können. Diese ständige Verfügbarkeit von Zusatzinformationen unterstützt die Lernenden beim selbstständigen Experimentieren.

Michael Thees, Pascal Klein, Jochen Kuhn, TU Kaiserslautern; Thomas Wilhelm, Uni Frankfurt

Der vollständige Artikel mit einem Anwendungsbeispiel ist in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen (Online-Abo erforderlich).