To Phyphox(Physical Phone Experiment) είναι μια εφαρμογή κινητού τηλεφώνου που διατίθεται δωρεάν σε κινητά Android και iOS. Η εφαρμογή δίνει πρόσβαση στους ενσωματωμένους αισθητήρες του κινητού τηλεφώνου για την εκτέλεση πειραμάτων. Παρότι οι υποστηριζόμενοι αισθητήρες εξαρτώνται από το μοντέλο του smartphone, στα περισσότερα κινητά τηλέφωνα υποστηρίζονται αισθητήρες, όπως αυτοί του επιταχυνσιόμετρου, του μαγνητόμετρου, του γυροσκοπίου, της έντασης του φωτός, του μικροφώνου, της εγγύτητας, του GPS κ.α. Εκτός από συλλογή έτοιμων πειραμάτων, το Phyphox δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας πρωτότυπων πειραμάτων και εξαγωγής δεδομένων για ανάλυση σε γνωστά format. Επίσης δίνεται η δυνατότητα απομακρυσμένης πρόσβασης στο πείραμα μέσω browser, μιας και η κινητή συσκευή συχνά “συμμετέχει” στο πείραμα.

Σε αυτόν τον σύνδεσμο μπορείτε να βρείτε οδηγίες χρήσης της εφαρμογής σε αγγλικά και γερμανικά.

Ακολουθούν τρία παραδείγματα χρήσης του Phyphox για την εκτέλεση πειραμάτων Φυσικής.

Α. Μέτρηση της επιτάχυνσης της βαρύτητας κατά την ελεύθερη πτώση

Στήνουμε διάταξη όμοια με αυτή που απεικονίζεται παρακάτω (Eικόνα 1). Στην εικόνα φαίνεται ένα μπαλόνι στερεωμένο σε ορθοστάτη, μέσα στο οποίο έχει τοποθετηθεί μικρή μεταλλική σφαίρα. Το ύψος πτώσης της σφαίρας έχει μετρηθεί με μετροταινία και έχει υπολογιστεί στα 2,17m.

Εικόνα 1

 

Σκοπός του πειράματος είναι η χρήση του αισθητήρα του κινητού, προκειμένου να καταγραφεί η χρονική διάρκεια ανάμεσα σε δύο ακουστικά γεγονότα (ήχος από το σκάσιμο του μπαλονιού – ήχος πρόσκρουσης της μεταλλικής σφαίρας σε μεταλλική επιφάνεια του εδάφους).

Για την εκτέλεση του πειράματος ενεργούμε ως εξής:

Ανοίγουμε την εφαρμογή και ενεργοποιούμε την επιλογή “ Ακουστικό χρονόμετρο” (Eικόνα 2)

Εικόνα 2

 

Είναι σημαντικό να θέσουμε τιμές στις παραμέτρους “Kατώφλι ενεργοποίησης “ και “Ελάχιστη καθυστέρηση” (Eικόνα 3) ανάλογα με το επίπεδο του περιβαλλοντικού θορύβου στον οποίο πραγματοποιούμε το πείραμα και έτσι ώστε να αποφευχθεί η ενεργοποίηση του ακουστικού χρονομέτρου σε διαφορετικό χρονικό διάστημα από αυτό που επιθυμούμε.

Εικόνα 3

 

Κάνοντας κλικ στις 3 τελείες (δίπλα στο εικονίδιο διαγραφής), ανοίγει ένα μενού με επιλογές (Eικόνα 4A). Είναι πολύ πιθανόν να θέλουμε να ενεργοποιήσουμε τη δυνατότητα απομακρυσμένης πρόσβασης (Εικόνα 4B), επικολλώντας το URL που μας δίνεται στον browser, ώστε να επιτραπεί η πρόσβαση στο πείραμα από τον υπολογιστή μας.

Εικόνα 4

 

Εκκινούμε την καταγραφή πατώντας το play και με μια βελόνα σκάμε το μπαλόνι (Εικόνα 5).

Εικόνα 5

 

Ο αισθητήρας του μικροφώνου καταγράφει τη χρονική διάρκεια πτώσης της σφαίρας από το μετρημένο ύψος . Χρησιμοποιώντας τη γνωστή μαθηματική σχέση ( g = 2h/t2 ) υπολογίζουμε την επιτάχυνση της βαρύτητας

Στο συγκεκριμένο πείραμα πήραμε τις μετρήσεις που φαίνονται στον πιο κάτω πίνακα:

H (m) t (s) g (m/s2)
2,17 0,664 9,844
2,17 0,667 9,755
2,18 0,679 9,457

 

B. Ποιοτική αποτύπωση της σχέσης της κεντρομόλου επιτάχυνσης με τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής.

Ανοίγουμε την εφαρμογή και ενεργοποιούμε την επιλογή “Κεντρομόλος επιτάχυνση” (Εικόνα 6).

Εικόνα 6

 

Στη συνέχεια θα ήταν πολύ χρήσιμο να ενεργοποιήσουμε την απομακρυσμένη πρόσβαση (όπως περιγράφεται σε προηγούμενο παράδειγμα), καθώς το κινητό “συμμετέχει” στο πείραμα.

Το επόμενο βήμα είναι να στερεώσουμε το κινητό πάνω σε ένα αντικείμενο που έχει τη δυνατότητα να περιστρέφεται. Για τους σκοπούς του περιγραφόμενου πειράματος, το κινητό στερεώθηκε εσωτερικά σε περιστρεφόμενο κάδο αποστράγγισης (Εικόνα 7)

Εικόνα 7

 

Για να αντλήσουμε δεδομένα, εκκινούμε την καταγραφή από τον υπολογιστή και περιστρέφουμε τον κάδο, αυξομειώνοντας την ταχύτητα περιστροφής προκειμένου να αποτυπώσουμε το φαινόμενο τόσο σε μικρές όσο και σε μεγάλες γωνιακές ταχύτητες (Εικόνα 8).

Εικόνα 8

 

Γ. Ποιοτική αποτύπωση της συνάρτησης της ταχύτητας με τον χρόνο, κατά την κύλιση στερεού σε κεκλιμένο επίπεδο

Ανοίγουμε την εφαρμογή, ενεργοποιούμε την επιλογή “Κύλιση” και στη συνέχεια επιλέγουμε απομακρυσμένη πρόσβαση (όπως περιγράφεται σε προηγούμενο παράδειγμα), καθώς το κινητό “συμμετέχει” στο πείραμα.

Το επόμενο βήμα είναι να στερεώσουμε το κινητό στο εσωτερικό αντικειμένου που μπορεί να κυλίεται πάνω σε μια επιφάνεια. Στην προκειμένη περίπτωση το κινητό στερεώθηκε στο εσωτερικό μεταλλικού δοχείου καφέ (Εικόνα 9) και η κύλιση πραγματοποιήθηκε σε κεκλιμένο επίπεδο

Εικόνα 9

 

Τέλος εκκινούμε την καταγραφή δεδομένων και αφήνουμε το σώμα να κυλίσει στο κεκλιμένο επίπεδο (Εικόνα 10).

Εικόνα 10

 

Τα δεδομένα αποτυπώνονται στις γραφικές παραστάσεις ταχύτητας – χρόνου και γωνιακής ταχύτητας – χρόνου (Εικόνα 11).

Εικόνα 11

Δ. Άλλα παραδείγματα

1. Ανελαστική κρούση

Ενεργοποιούμε την επιλογή “ (Αν)ελαστική κρούση” και θέτουμε τιμές στις παραμέτρους “Κατώφλι ενεργοποίησης” και “Ελάχιστη καθυστέρηση”, όπως περιγράφεται παραπάνω. Εκκινούμε την καταγραφή, αφήνοντας ένα αντικείμενο ( π .χ μπαλάκι του πινγκ πονγκ ) να πέσει από ορισμένο ύψος. Είναι σημαντικό να επιλέξουμε ένα μπαλάκι του οποίου η πρόσκρουση στο έδαφος είναι ηχηρή, ώστε ο ήχος να εντοπίζεται από τον αισθητήρα του κινητού. Παράδειγμα καταγραφών του αισθητήρα αποτυπώνεται στην εικόνα 12.

Εικόνα 12

Σημείωση: Στο ίδιο πείραμα μπορεί να αξιοποιήθει και η επιλογή “Ακουστικό χρονόμετρο”, όπως περιγράφηκε σε προηγούμενο παράδειγμα, με σειριακή καταγραφή χρόνων (επιλογή “Σειριακό” Εικόνα 3). Σε μια τέτοια περίπτωση οι καταγεγραμμένοι χρόνοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μαθηματικούς υπολογισμούς, αν δεν επιθυμούμε να δώσουμε στους μαθητές έτοιμη την ανάλυση των δεδομένων.

2. Μαγνητόμετρο

Στερεώνουμε το κινητό σε σώμα που μπορεί να κινείται πάνω σε επίπεδο, όπως για παράδειγμα ένα απλό εργαστηριακό αμαξίδιο (Εικόνα 14) και παράλληλα τοποθετούμε δύο μαγνήτες σε καθορισμένες θέσεις του επιπέδου. Στη συνέχεια, ενεργοποιώντας την επιλογή “Μαγνητόμετρο” επιτρέπουμε στον αισθητήρα του κινητού να καταγράψει τη μεταβολή της έντασης του μαγνητικού πεδίου,κατά τη διαδοχική διέλευση του αμαξιδίου από τη θέση των μαγνητών. Οι καταγραφές του αισθητήρα  μπορούν να αξιοποιηθούν για τον υπολογισμό μεγεθών στην κινηματική.

Εικόνα 14

 

3. Πίεση

Η επιλογή “Πίεση” παίρνει δεδομένα από τον ενσωματωμένο στο κινητό αισθητήρα βαρομετρικής πίεσης. Σε περίπτωση που η κινητή συσκευή διαθέτει τέτοιον αισθητήρα, αυτός μπορεί να αξιοποιηθεί για την καταγραφή μεταβολών στην πίεση του αέρα. Ακολουθούν δύο παραδείγματα χρήσης της επιλογής:

α. Μεταβολή της πίεσης του αέρα οφειλόμενη στην προσθήκη βάρους σε επιφάνειες διαφορετικών εμβαδών

Ενεργοποιούμε την επιλογή “Πίεση” και επιτρέπουμε την απομακρυσμένη πρόσβαση στην εφαρμογή (όπως περιγράφεται σε προηγούμενο παράδειγμα). Στη συνέχεια τοποθετούμε το κινητό σε πλαστική σακούλα που μπορεί να κλείνει αεροστεγώς και φουσκώνουμε με αέρα.

Εκκινούμε την καταγραφή και αποτυπώνουμε τις μεταβολές στην πίεση του αερίου σε συνάρτηση με το εμβαδόν της επιφάνειας πάνω στην οποία ασκείται το πρόσθετο βάρος (Εικονα 15Α, Εικόνα 15Β, Εικόνα 16)

Εικόνα 15

Εικόνα 16

β. Μεταβολή στην πίεση αερίου σταθερού όγκου, οφειλόμενη σε αύξηση της θερμοκρασίας

Ενεργοποιούμε την επιλογή “Πίεση” και επιτρέπουμε την απομακρυσμένη πρόσβαση στην εφαρμογή (όπως περιγράφεται σε προηγούμενο παράδειγμα). Στη συνέχεια τοποθετούμε το κινητό σε πλαστική σακούλα που μπορεί να κλείνει αεροστεγώς και φουσκώνουμε με αέρα. Θερμαίνουμε τον αέρα και παρατηρούμε τις μεταβολές της πίεσης του αερίου (Εικόνα 17).

Εικόνα 17