Tag Archiv für Physik

Wärmebildkamera für iPad und iPhone

Ein Physikkollege hat uns auf eine neue Visualisierungsmöglichkeit der Wärmeabstrahlung mit Hilfe des iPads  hingewiesen:

Flir_oneFLIR ONE,
eine Wärmebildkamera, die in die Lightning-Buchse gesteckt wird und mit der gleichnamigen kostenlosen App betrieben wird.
(Kosten knapp 300 €)
Die Flir ONE funktioniert mit iPad und iPhone mit aktueller Lightning-Buchse und nutzt das Display zur Bildanzeige.

Die Kamera beeindruckt durch ihre hohe Auflösung, ihre Geschwindigkeit (Videos sind möglich) und durch eine zweite Kamera, mit der ein Livebild über das Wärmebild gelegt wird.

In der Physik sind alle Vorgänge von Energieumwandlung immer verbunden mit der Abgabe von Wärme. Diese Verluste lassen sich aber in den seltensten Fällen wirklich anschaulich zeigen.
Die beiden Bilder zeigen eine elektrische Schaltung aus LED mit Vorwiderstand, betrieben mit einem 5V-Regler.

waermebild

Bislang haben Wärmebildkameras mit entsprechender Leistung einige tausend Euro gekostet.

Auch wir konnten inzwischen die Kamera testen und sind begeistert!  Ab Anfang April können Schulen im Landkreis Reutlingen die FLIR ONE am Kreismedienzentrum Reutlingen ausleihen.

Audioanalysen mit dem iPad

Der Einsatz der Soundkarte in Computern für akustische Analysen im Physikunterricht ist bekannt, ebenso die Nutzung der Tonausgabe anstelle eines teuren Sinusgenerators. Auch für das iPad gibt es geeignete Apps um das eingebaute Audiosystem für den Unterricht nutzen zu können.

Zwei Apps, die sich in ihrem Funktionsumfang gut ergänzen sollen im Folgenden vorgestellt werden:

1. Audio Kit:

Audio Kit iPhone App version 1.6 released by Sinusoid Pty Ltd

– Schallwellen werden fortlaufend angezeigt,

– das zugehörige Frequenzspektrum wird in Echtzeit angezeigt,

– der Schallpegel wird aufgezeichnet

– ein Signalgenerator ermöglicht Tonausgabe mit Einstellung der Frequenz und Amplitude

Preis: 5,49 €

Beschreibung im App Store

 

2. Oszilloskop:

– Aufzeichnung und Speicherung von Signalen über das eingebaute Mikrophon

– auch über die Kopfhöhrerbuchse ist eine Eingabe von externen elektrischen Signalen möglich

Preis: 11,99€

Beschreibung im App Store

 

Einsatzmöglichkeiten:

Audiokit ermöglicht es schnell und einfach Frequenzanalysen zu machen und ist ein guter Ersatz für Sinusgeneratoren in der Akustik. Stehen mehrere iPads mit Audio Kit zur Verfügung, können gegenseitig Töne erzeugt und analysiert werden.

Oszilloskop wird dann benötigt, wenn die Messkurven auch nach der Messung noch zur Auswertung verfügbar sein sollen. So ist z.B. eine Laufzeitanalyse von Schall möglich, wenn man z.B. den zeitlichen Abstand des Echo-Signals messen möchte.

 

(Herzlichen Dank an Herrn Weber für die Information)

 

SPARKvue – Messwerterfassung von Beschleunigung

In iPad, iPhone und iPod sind Sensoren eingebaut um die Lage zu detektieren und das Display danach auszurichten. In diesen Sensoren reagieren seismische Massen auf Gewichtskräfte und auf Trägheitskräfte, die bei Beschleunigungen auftreten

Mit der kostenlosen App SPARKvue kann man die Messwerte als Beschleunigung anzeigen und graphisch aufzeichnen lassen. Die Messdaten können als CSV-Datei exportiert und später mit Excel ausgewertet werden.

Eine Beschreibung von Einsatzmöglichkeiten im Physikunterricht findet sich in der Zeitschrift „Praxis der Naturwissenschaften – Physik“ (Heft 7/60, Oktober 2011, Aulis-Verlag). Die beschriebenen Experimente wurden wegen der kleineren Abmessungen mit iPhone und iPod durchgeführt. Will man aber Details in der Graphik anzeigen lassen, ist das iPad wegen seiner deutlich besseren Bedienbarkeit vorzuziehen.

Mit dem Interface Airlink 2 lassen viele weitere externe Sensoren via Bluetooth mit dem iPad verbinden und mit SPARKvue anzeigen.

Beschreibung im App-Store

(Herzlichen Dank an Herrn Weber für die Information)

Freier Fall – Unterrichtsidee mit Vernier Video Physics

Im Dezember 2011 haben wir bereits die App Vernier Video Physics vorgestellt. Norbert Schmidt (ganz herzlichen Dank von Seiten der Redaktion!) hat uns jetzt ein Unterrichtsbeispiel zukommen lassen wie die Anwendung im Physik-Unterricht der Jahrgangsstufe 10 eingesetzt werden kann (Themenbereich Mechanik/Kinematik „Freier Fall, Wurfbewegungen etc.):

„Mit den Ende 2011 angeschafften 10 iPads konnte in Gruppenarbeit dann Vernier Video-Physics eingesetzt werden. Die Schülerinnen und Schüler bildeten Gruppen, wobei jede Gruppe ein iPad2, einen Tennisball und einen Messstab erhielt. Es galt nun, den Fall eines Balles von einer Empore (Feuerschutztreppe) auf den Boden des Schulhofes zu filmen. Die Fallhöhe wurde zuvor ausgemessen. Nach Durchführung des Fallexperimentes bestimmten die Schülerinnen und Schüler in Vernier Video-Physics Frame für Frame die Position des Balles im Video.  Dies gelingt relativ komfortabel, sofern die Lichtverhältnisse stimmen. Es empfiehlt sich hierfür die Arbeit im Innenbereich. Anschließend wurde im Video die Strecke zwischen Startpunkt und Aufschlagpunkt des Balles bemaßt.
In der Folge erstellt Vernier Video-Physics eine Reihe von grafischen Messwertdarstellungen, die insgesamt erst einmal diskutiert werden müssen (das lässt sich exemplarisch z.B. am Smartboard gut machen, wenn man ein iPad mit Dock-to-VGA-Adapter an den Beamer anschließt). So gibt es z.B. ein x-t-Diagramm, welches letztlich nur die Wackelbewegungen des/r Kameramannes/-frau wiederspiegelt und daher ohne Bedeutung ist. Aus dem y-t- oder dem v-t-Diagramm kann man letztlich am iPad die Erdbeschleunigung ableiten. Wir hatten als bestes Ergebnis einen Wert von etwa 9,5m/s^2 ermittelt.

So komfortabel man an eine Reihe von Diagrammen zu einem Bewegungsvorgang kommt, so schwierig ist es, an die entsprechenden Wertepaare zu gelangen. Diese stehen in Video-Physics so nicht zur Verfügung sondern können nur via Mail an Verniers Logger Pro-Software gesandt werden. Da diese nicht verfügbar war, hatten die Schülerinnen und Schüler die Wertepaare graphisch am iPad bestimmt (Geodreieck auf das Pad gelegt, das Diagramm ausgemessen und mit Dreisatz umgerechnet. Bedenkt man, dass es für die App-Entwickler ein Leichtes sein dürfte, die ohnehin vorhandenen Wertepaare tabellarisch auf dem Pad zur Verfügung zu stellen, so kann nur gemutmaßt werden, dass dies aus marketing-stragtegischen Überlegungen heraus vorenthalten wird und zum Kauf der Logger-Software verleiten soll. Immerhin wird für etwa 250 Euro eine Schullizenz angeboten, was schon überlegenswert ist.

Dennoch ist die Software aus meiner Sicht eine nette Möglichkeit, mit z.B. experimentellen Konstellationen zu arbeiten, die deutlich lebensnaher sind. Ein geworfener Ball ist etwas anderes als ein kleiner Stahlklicker in einer kleinen Fallmaschine.
Im Falle von gleichförmigen Bewegungen ist die Sache übrigens deutlich einfacher. Filmt man ein vorbeifahrendes Auto, kann man die Zeit zwischen dem passieren zweier bekannter Punkte einfach aus der Laufzeit des Videos entnehmen und muss nicht erst die Diagramme mit dem Zentimetermaß ausmessen und umrechnen.“
(Norbert Schmidt)

Preis der App: 2,39 €,  Beschreibung im App-Store

Video Physics

Video Physics von Vernier ist eine kleine App vor allem für den Einsatz im Sport- und naturwissenschaftlichen Unterricht. Mit ihr lassen sich sehr schön Bewegungsabläufe analysieren.

 

Anwendungsbeispiel:

  • Schüler halten in einem Video mit dem iPad die Flugbahn eines Basketballs fest
  • mit Video Physics lässt sich auf jedem einzelnen Frame des Videos die jeweilige Ballposition markieren
  • nach dem Festlegen eines Entfernungsmaßstabes erstellt das Programm daraus verschiedene Diagramme (z.B Weg-Zeit-Diagramm oder Geschwindigkeitsdiagramm
  • u.a. wird durch die Markierungen auf den Einzelbildern die parabelförmige Flugbahn des Balles sehr schön sichtbar

Diese App ist besonders geeignet, wenn die komplexen Messeinrichtungen aus der Physiksammlung nicht zur Verfügung stehen oder wenn die Analyse im Freien (z.B. im Rahmen des Sportunterrichts) stattfinden soll.

Preis: 2,39 €,  Beschreibung im App-Store