Znanost v žepu

Sodobni pametni telefoni niso le računalnik v žepu, temveč večnamenski merilniki. Lokacija, pospešek, magnetno polje, osvetljenost, glasnost in frekvenca zvoka so le nekatere izmed količin, ki so jih sposobni meriti. Zato jih lahko za številne fizikalne eksperimente uporabimo tudi v izobraževalne namene.

Ne zgodi se prav pogosto, da dobim na preizkus mobilno aplikacijo, s katero se igram tako dolgo, da mi skoraj zmanjka časa za pisanje. Phyphox je tak primer, čeprav ne počne nič unikatnega, za kar ne bi bilo na voljo številnih konkurentov. Zbira, prikazuje in obdeluje podatke z vseh tipal, kar jih premore telefon. In teh ni malo – pospeškomeri, žiroskopi in podobno so dandanes običajna oprema. A to počne zelo pregledno, obenem pa ponuja široko podporo pri izvajanju eksperimentov.

Brezplačno aplikacijo Phyphox, ki je na voljo za Android in iOS, so spisali na Inštitutu za fiziko na Tehniški univerzi v Aachnu (RWTH Aachen). Njen namen je preprost – spremeniti pametni telefon v univerzalni merilnik. Aplikacija podpira najširši izbor možnih tipal, potem pa na meniju posivi tiste izbire, ki pri konkretnem modelu telefona niso na voljo. Vsi telefoni pač še nimajo barometrov ali žiroskopov. Podpira linearne pospeškomere, navadne pospeškomere (ki merijo tudi gravitacijo), žiroskope, tipala osvetlitve, GPS, magnetometre in barometre.

Surovi podatki

Najenostavnejša funkcionalnost Phyphoxa je zajem surovih podatkov. Beseda surov tu seveda ne pomeni neposrednih odčitkov tipal, temveč obdelan, človeku razumljiv zapis količin. Tipala dajo od sebe vedno električno napetost, telefon pa nam seveda pokaže želeno veličino – na primer tlak. Osvetlitev in tlak sta samo ena, meritve magnetometrov so tri (v vsaki dimenziji svoja), pri GPS vidimo zemljepisni širino in višino ter nadmorsko višino.

Ko izberemo želeno funkcionalnost, s klikom gumba za predvajanje vključimo zajem podatkov. Na zaslonu bomo videli grafe merjenih količin, na drugih zavihkih pa vidimo tudi številčne vrednosti. Merjenje lahko ustavimo, nadaljujemo in po želji izbrišemo.

Posebej zanimive so dodatne možnosti – meritve lahko sprožimo z zamikom, stanje lahko shranimo, podatke lahko izvozimo v CSV ali Excel, zaslonsko sliko pa pošljemo komu drugemu.

Pravo funkcionalnost aplikacije pa skrivata možnosti Allow remote access in Experiment Info. Prva možnost omogoča krmiljenje aplikacije na daljavo. Na dnu zaslona se izpiše naslov IP v krajevnem omrežju (denimo http://192.168.1.9:8080), kamor se lahko povežemo z brskalnikom na drugem računalniku ali telefonu, če sta v istem omrežju. Kadar to ni mogoče (mobilni podatki, poslovna brezžična omrežja ipd.), lahko na telefonu ustvarimo dostopno točko (hotspot) za povezavo, pa bo krmiljenje na daljavo delovalo. Tako krmiljenje je uporabno, kadar želimo telefon uporabiti v eksperimentu, kjer ne bomo mogli pritisniti gumba za začetek in konec zajema podatkov.

Inteligentne meritve

Resnična uporabnost Phyphoxa se razkrije z eksperimenti. V aplikacijo so pisci vdelali cel kup inteligentnih možnosti, kako lahko telefon tipala uporabi za lažje pridobivanje in analizo podatkov. Mikrofon je primer večnamenskega tipala, ki z malo matematike dela čudeže. Phyphox na področju akustike omogoča merjenje glasnosti, frekvence tona (avtokorelacija), frekvenčnega spektra zvoka (Fourierova transformacija), Dopplerjevega efekta (če poznamo pravo frekvenco nekega zvočila), razdaljo (sonar) itd. Barometer zna avtomatično izmeriti hitrost dvigala (oziroma kakršnokoli vertikalno hitrost). Phyphox ima tudi že nastavljene programe za merjenje (ne)elastičnih trkov, centripetalnih pospeškov, nihanja nihal in kotaljenja, nihanja na vzmeti itd. Zelo uporabne so tudi avtomatične štoparice, ki jih po želji sproži glasen zvok, gibanje, svetloba ali tipalo za bližino.

Eksperimenti

Pravi biser pa so opisani eksperimenti, ki jih najdemo v aplikaciji pod možnostjo Experiment Info. Poleg kratkega opisa je tam še povezava na Wiki stran z izčrpnim opisom eksperimenta, potrebnih meritev, morebitnih težav in natančnosti. Za nekatere poizkuse so izdelali celo videoposnetke, ki so dosegljivi na uradni strani in res lepo demonstrirajo možnosti. Na spletni strani so za nekatere poizkuse na voljo še delovni listi za uporabo v šoli (v nemščini), imajo pa tudi forum za izmenjavo idej.

In za kakšne eksperimente gre? Najrazličnejše. Če na trdo podlago spustimo žogo, ki se nekajkrat odbije, preden obmiruje, lahko Phyphox izriše graf višine vsakokratnega odboja in delež izgubljene energije pri vsakem odboju. Višino izračuna tako, da meri časovni razmik med hrupom ob odbojih.

Če imamo dva telefona (A in B), kjer se štoparica sproži z zvokom, lahko najprej močno zaropotamo bliže prvega (štoparica A se sproži prej), nato pa še blizu drugega (štoparica B se ustavi prej). Če poznamo razdaljo med njima, lahko izračunamo hitrost zvoka.

Z vgrajenim barometrom lahko ocenimo hitrost dvigala (ali samo višino stavbe), saj je pri majhnih razdaljah izračun višine iz razlike zračnih tlakov zelo natančen. Telefon lahko tudi kotalimo v tulcu, zanihamo kot utež na vzmeti, uporabimo kot sonar, merimo frekvenčno porazdelitev tonov itd.

Gravitacijski pospešek pri prostem padu telefona. Po padcu na posteljo se je odbil dvakrat.

Če ne najdete nič primernega ali želite postaviti svoj eksperiment, pa imate na voljo res kompleksen urejevalnik, kjer lahko ročno nastavite, katere vse podatke s tipal naj telefon izbira, kako naj jih obdela in kako naj jih prikaže.

Phyphox je ena izmed najuporabnejših aplikacij, ki jih lahko uporabimo bodisi zgolj za potešitev radovednosti bodisi za poučevanje fizike.

Phyphox

Mobilna aplikacija za meritve in izvajanje fizikalnih eksperimentov.

Kdo: RWTH Aachen

Kje: phyphox.org

Cena: brezplačno

Za: Enostavnost rabe, pregleden uporabniški vmesnik, podpora.

Proti: Podpira le Android in iOS, na iOS ne podpira čisto vseh eksperimentov.

Če Phyphox podpira več tipal kot telefon, so onemogočene možnosti sive.