3 Smartfóny ako spotrebiče so zabudovanými snímačmi Karl Heller, Bernhard Horlacher Odporúčaný ročník 10. 12. Časový rámec Názov tematického celku 2 4 min. Elektrické spotrebiče Cieľ a rozvoj kompetencií Žiaci použijú smartfón na zaznamenanie dát, ktoré potom vyhodnotia meraním prostredníctvom vhodnej aplikácie. Na fyzikálne a chemické pokusy by mali použiť vlastné prístroje. Medzipredmetové vzťahy Keď žiaci použijú na prírodovedných predmetoch telefón, budú o fyziku, chémiu a technické predmety javiť väčší záujem.
4 B Človek, technika a elektrina B 5.1 Technická elektronika Metodická poznámka Smartfón je novodobý technický produkt, ktorý dnes vlastnia takmer všetci mladí ľudia. Dá sa s ním robiť oveľa viac ako len telefonovať. Veď slúži aj na posielanie správ, fotografovanie, hranie hier a surfovanie po internete. Vďaka zabudovaným snímačom a mnohým aplikáciám môžeme tieto malé počítače využívať pri prírodovedných pokusoch. Poslúžia pri zaznamenávaní a vyhodnocovaní dát. V každom novom prístroji sú zabudované nové snímače a každý deň sú na trhu dostupné nové aplikácie, ktoré si možno z internetu stiahnuť zadarmo či za minimálny poplatok. Dôležitá metodická poznámka pre učiteľov Žiaci vedia smartfóny používať bezpochyby lepšie ako ich učitelia. Nemalo by nás to však od ich používania odradiť, ale, naopak, povzbudiť, aby sme sa s novými technickými metódami a modelmi oboznamovali. V nasledujúcom texte vysvetľujeme možnosti, ktoré vznikajú zabudovaním nových snímačov. Používame pri tom program Sensor Kinetics Pro, ktorý si za malý poplatok (2,40 v roku 2016) možno kúpiť v AppStore alebo Google Play. Okrem toho predstavíme projekt Tracker, ktorý umožňuje analyzovať videonahrávky. Ako spoznáme, aké sú v danom smartfóne zabudované snímače? Spomínaná aplikácia rozpozná tieto snímače, pokiaľ sú v danom telefóne zabudované: Snímač zrýchlenia ktorý zaznamená zrýchlenie telefónu Gyroskop ktorý v trojrozmernom priestore rozozná zmenu smeru Snímač magnetického poľa ktorý rozpozná magnetické pole zeme (princíp kompasu) Snímač priblíženia ktorý rozpozná priblíženie sa telefónu k prekážke Svetelný snímač ktorý rozpozná jas a jeho zmeny Tlakový snímač ktorý rozozná zmeny tlaku v prostredí
5pokus Smartfóny ako spotrebiče so zabudovanými snímačmi Využitie programu na príklade smartfónu HTC Meranie pohybu vo výťahu ➋ Úloha Zmerajte zrýchlenie vo výťahu a interpretujte získané dáta. Pokusy sme spravili v Stuttgartskej televíznej veži so stopäťdesiatmetrovým výťahom. Smartfón položíme horizontálne na podlahu výťahu a spustíme meranie. Výsledok 1 Graf Meranie zrýchlenia v osobnom výťahu v Stuttgartskej televíznej veži. Výsledok 2 Fáza Chod výťahu Zrýchlenie Rýchlosť 1 výťah stojí dole 0 0 2 výťah zrýchľuje konštantne pozitívne a = 1,5 m/s2 zväčšuje sa 3 výťah ide 0 je konštantná 4 výťah brzdí konštantne negatívne a = - 1,5m/s2 5 výťah stojí hore 0 0 zmenšuje sa Tento program nám umožňuje pozorovať jednotlivé fázy chodu výťahu. Interpretovať získané dáta musia žiaci sami.
6 B Človek, technika a elektrina B 5.1 Technická elektronika ➌ pokus Zachovanie momentu hybnosti pri kruhovom pohybe Vedomosti, ktoré žiaci potrebujú Impulz = hmotnosť zrýchlenie Moment hybnosti = moment zotrvačnosti uhlová rýchlosť Pravidlo Moment hybnosti ostáva zachovaný! Čím väčší je moment zotrvačnosti, tým je uhlová rýchlosť menšia. Úloha Použite snímač zrýchlenia vo svojom smartfóne a ukážte princíp zachovania momentu hybnosti. Pokusná osoba sedí na otáčavej stoličke, ktorú roztočíme. Pokusná osoba pritom striedavo rozpažuje a pripažuje ruky. Smartfón je horizontálne upevnený na stoličke. Uhlová rýchlosť pri striedavom rozpažení a pripažení rúk na otáčavej stoličke. Výsledok Fáza Pochod Rotačná rýchlosť 1 ruky pripažené maximálna 2 ruky rozpažené menšia 3 ruky pripažené väčšia 4 ruky rozpažené menšia 5 ruky pripažené väčšia Vplyvom trenia rýchlosť všeobecne klesá.
7pokus Smartfóny ako spotrebiče so zabudovanými snímačmi Analýza videonahrávky pomocou aplikácie Tracker ➍ Aplikácia Tracker je projektom OSP, teda open source physics, a dá sa zadarmo stiahnuť z internetu. Pomocou smartfónu možno potom nakrúcať krátke videá a následne ich vyhodnotiť počítačom. To žiakov veľmi motivuje a poskytuje možnosť využitia nových technológií vo vyučovaní prírodovedných predmetov. Screenshot hodu (videonahrávka pomocou smartfónu). Úloha Natočte video hodu, pomocou programu Tracker označte jednotlivé body a analyzujte priebeh krivky. Výsledok Spodný graf na obrázku zobrazuje dráhu predmetu. Ide o parabolu. Až do t = 0,3 s lopta stúpa, v 0,3 sekundy mení smer a padá. Horný graf na obrázku zobrazuje rýchlosť v smere y. (Vertikálna) rýchlosť klesá a v t = 0,3 s sa stáva negatívnou. To znamená, že lopta padá.