Accelerationsdata från mobilen


Dagens moderna telefoner innehåller en mängd sensorer. Jag misstänker att många av dessa primärt är till för få en bra användarupplevelse under nyttjande av t ex spel. Det finns dock appar som kan extrahera rådatan från sensorerna, så att denna kan behandlas på valfritt sätt. Detta passar utmärkt i fysikundervisningen.

Jag gjorde själv några experiment där jag under några situationer mätte accelerationen med telefonen. Nedan finns mina genererade grafer. Jag kommenterar inte graferna, men konstaterar att vissa ser ut som ”skolexempel”, medan andra har lite egendomliga ojämnheter.

I samtliga fall är den positiva accelerationsriktningen uppåt, och ett fritt fall motsvarar accelerationen -1g.

Användning

Det stora användningsområdet som jag ser som fysiklärare är de potentiella möjligheter att de flesta elever har en egen accelerometer i sin ficka. Elever kan göra undersökningar beträffande acceleration i olika situationer och tolka sina resultat. Exempel på frågeställningar:

  • Varför är accelerationen positiv i vissa fall, och negativ i andra?
  • Vad betyder topparna i olika grafer?
  • Hur kan respektive del av en graf kopplas ihop en en speciell händelse under mätningen?

Och några specifika frågor

  • Hur stor kraft påverkas man utav vid en kraftig inbromsning med en bil?
  • Hur högt kan jag hoppa jämfota?

Teknik

Den app jag använde var Sensorlog (gratis!) till iPhone. Appen lär ska finnas även till Android, men den varianten har jag ingen erfarenhet av. Datan exporterade jag via mail, och därefter behandlade jag den i kalkylprogram på datorn. Det är några saker man får tänka på:

  • Appen genererar data i decimalform, och decimaltecknet är en punkt. För att kunna göra beräkningar i system på svenska är det ofta ett decimalkomma som ska användas. Jag ska försöka hitta en enkel metod att enkelt byta tecken i den genererade datan, men jag löste det själv så att jag tillfälligt ställde in systemet på att använda punkt som decimaltecken. (Jag kan tänka mig att det finns webbsidor som låter en användare ladda upp en fil för att sedan byta varje förekomst av ett specifikt tecken till ett annat tecken, men i övrigt lämnar datan orörd.)
  • Datan från accelerometern visar inte direkt accelerationen. Är telefonen helt stilla visar den 1g, medan om den är i fritt fall visar den 0. Tecknet beror på orienteringen på telefonen. Jag ville ha positiv riktning uppåt och att en stillastående telefon visade 0 i acceleration. Det löste jag genom att addera 1 till varje mätvärde och därefter multiplicera det resultatet med -1.
  • Tiden fick jag ut genom en kolumn som heter Accelerometer Timestamp (i alla fall i Sensorlog-appen). Det är ett tidsvärde i sekunder (eller snarare ned till tiondelen av en mikrosekund) sedan telefonen startades om. Genom att ta skillnaden mellan två närliggande sådana värden fick jag fram en tidpunkterna för respektive värde på accelerationen, som används som värde på den horisontella axeln på grafen. Tidsintervallet bestäms av samplingsfrekvensen för mätningen (som går att ställa in i appen). Ju högre frekvens, desto fler och tätare värden. Givetvis kan frekvensen användas för att beräkna tidpunkten för ett värde, men av någon anledning stämde det inte helt överens med de framräknade tidsvärdena från tidstämpeln. Man får pröva samplingsfrekvenser för den situation som ska mätas; dels måste datamängden bli hanterbar, och dels ska inte grafen bli för hackig.
  • Grafen ritades sedan som ett punktdiagram med hopbundna punkter. I vissa kalkylprogram kan man lägga till en trendlinje, baserat på ”rörligt genomsnitt”. På detta rörliga genomsnitt kan sedan lägga på en period, som jämnar ut ojämnheter. Med hjälp av detta fick jag mina grafer ovan. Det som även skulle kunna testas är att göra trendlinjen som ett polynom. Väljs tillräckligt hög grad på polynomet bör grafen kunna bli jämn utan att topparna kapas alltför mycket. Själv har jag inte gjort några sådana utförliga tester.

Slutsats

Jag tyckte själv att det här var ett roligt sätt att få ut accelerationsdata på. Min förhoppning är att arbetssättet på något sätt ska kunna användas för oss fysiklärare i skolan. Jag märkte att det är många detaljer som måste lösas för varje mätning för att få ut en användbar graf, så det är nog inget som är görligt under en enstaka lektion. Däremot, med rätt instruktioner och med rätt verktyg (t ex att byta decimalpunkt mot ett decimalkomma och att lättare få ut tidsintervallen), skulle man kunna använda kanske en veckas fysiklektioner för ett projekt med elevers egna val av mätningar och behandling av mätvärden i grupper.

Uppdatering

Genom att filma i slow motion, kan man göra en bättre analys av förloppet, och t ex koppla olika händelser till delar av grafen. Nedan: ett av mina upphopp från golvet.

Accelerationsdata från mobilen

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s