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MechanikZ
Diese kostenlose, werbefreie und datenschutzkonforme App wurde speziell für den Physikunterricht entwickelt. Experimentieranleitungen und eine Version für ältere Geräte finden Sie unter https://spaichinger-schallpegelmesser.de. Zur richtigen Bedienung und Auswertung der Daten sind physikalische Kenntnisse über Bezugssysteme notwendig. Zum Start einer Messung, tippen Sie bitte auf "Start" und anschließend entweder auf "Messung mit Gravitation" oder "Messung (schiefe Ebene)". Falls dann die Messung nicht beginnt, wurde bei Ihrem Gerät der Beschleunigungssensor deaktiviert. Dies kann im Regelfall wieder behoben werden, indem das Gerät zunächst heruntergefahren und anschließend nach ca. 5 Minuten wieder hochgefahren wird. Diese App nützt den 3D-Beschleunigungssensor zur Bestimmung des Beschleunigungsvektors. Der Vektorpfeil wird zusammen mit dem Kraftvektorpfeil in Echtzeit in einem 3D-Koordinatensystem dargestellt. Darüber hinaus berechnet die App durch Integration den Geschwindigkeits- und Ortsvektor. Die Messwerte der Komponenten dieser Vektoren werden zusammen mit den Beschleunigungswerten, den Impulswerten und den Kraftwerten in Schaubildern dargestellt. Besitzt das Smartphone oder Tablet einen 3D-Gyrosensor, so werden zudem die Winkelgeschwindigkeiten mithilfe des 3D-Gyrosensors aufgenommen und ebenfalls als Schaubilder dargestellt. Zur Auswertung aller Messwerte ist ein Funktionsfit in die App integriert. Hierbei können Polynome vom 0. bis 4. Grad und Sinusfunktionen als Funktionsterme ausgewählt werden. Optional kann eine Optimierung für harmonische Schwingungen vor oder nach der Messung eingeschaltet werden. Bei dieser Optimierung werden die Anfangswerte für vx(t) und sx(t), vy(t) und sy(t) bzw. vz(t) und sz(t) für eine harmonische Schwingung automatisch optimiert und die tieffrequenten Integrationsungenauigkeiten durch einen geeigneten Hochpassfilter automatisch eliminiert, sodass i.A. sehr gute Schaubilder und Sinusfits ausgegeben werden. Die App besitzt zudem einen Tiefpassfilter, der auch nach der Messung noch eingestellt oder ein- und ausgeschaltet werden kann. Dadurch können hochfrequente Störungen, wie Vibrationen, herausgefiltert werden. Darüber hinaus können nach Durchführung des Funktionfits die Tangenten an die Schaubilder der Fitfunktionen sx(t) und vx(t), sy(t) und vy(t) bzw. sz(t) und vz(t) eingeblendet werden. Dies ist zum Beispiel nützlich, um den Zusammenhang zwischen sx(t), vx(t) und ax(t) zu erarbeiten.
Zudem können die Messergebnisse als CSV-Datei gespeichert, geöffnet, versandt und empfangen werden. Eine effektive Kalibrierungsroutine, die Nullpunktverschiebung, Skalierungsfehler und sogar die Nichtorthogonalität der Achsen des Beschleunigungssensors korrigieren kann, ist ebenfalls implementiert. Bitte beachten Sie, dass diese Kalibrierung das erhebliche Rauschen des Beschleunigungssensors, mögliche Temperaturabhängigkeiten und Hysterese nicht korrigieren kann. Diese App ermöglicht schnelle Messungen und einfache Auswertungen. Allerdings ist die Genauigkeit dieser App, insbesondere der Geschwindigkeits- und Ortsvektoren, durch die erheblichen Fehler des Beschleunigungssensors beschränkt. Durch die Integration bzw. zweifache Integration steigt der nach der Kalibrierung vorhandene Restfehler mit der Zeit linear bzw. quadratisch an. Dies führt i.A. dazu, dass bereits nach wenigen Sekunden erhebliche Fehler in den Geschwindigkeits- und Ortswerten auftreten. Bei den in der Physik häufig sehr kurzzeitigen Experimenten, ist dies meist aber kein Problem.
Falls Sie Fragen haben, oder Fehler finden, würde ich mich freuen, wenden Sie sich per E-Mail an mich wenden könnten: ziegler@spaichinger-schallpegelmesser.de.
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