Stiefel Tudományos Kirándulás - Kísérletek okostelefonnal

2015. október 09. - Jakus Adam

A Stiefel Tudományos Kaland pályázatunk főnyereményén a Stiefel Tudományos kiránduláson vett részt múlt hét pénteken (10.02.) a pécsi Ciszterci Rend Nagy Lajos gimnázium Rutherford diói csapata. Olyan izgalmas és különös kirándulást nyertek, amelyre a hazai és külföldi gyakorlatban sem igazán van példa! Adódik ez az okostelefon, mint kísérleti eszköz (szenzor) alkalmazásából, illetve az egész napos természettudományos kalandból.

A következő beszámoló nem csak a kirándulás során átélt eseményeket igyekszik bemutatni, hanem segítséget kíván nyújtani azok számára, akik szintén szeretnének kísérleteket végezni okos telefonokkal.

A tovább gombra kattintva elolvashatod milyen méréseket végeztünk, illetve képgalériát is találsz a kirándulásról.

Kattints és gyere velünk egy képzeletbeli természettudományos kalandra!

A pályázat célja a Heti Kísérlet olvasói számára már talán ismert, ami nem más, mint a természettudományok népszerűsítése az oktatásban, illetve egy olyan szemlélet bemutatása, amely során egyszerű eszközök alkalmazásával vagyunk képesek első ránézésre bonyolult kísérletek kivitelezésére. Ebben kíván segítséget nyújtani maga a blog is.

A kirándulás helyszíne a Mecsextrém kalandpark és az Orfűi tó volt. A kalandparkban a fizika témakörébe tartozó méréseket végeztünk okostelefonok alkalmazásával, Orfűn pedig vízmintákat vettünk, majd alap vízvizsgálatot hajtottunk végre. 

Talán furcsának tűnhet, de ezen a napon az okostelefonok órai használata nem volt megtiltva, sőt kifejezetten kértük, hogy mindenki telefonja legyen előkészítve az egész napos nyomkodásra. :) Egy rövid bevezető előadással kezdtük a gimnáziumban, ahol a diákok betekintést kaptak az okostelefonok világába, röviden megismertük, milyen szenzorok vannak egy hétköznapi okos telefonnak nevezett tárgyban. Mindenki meglepődött hiszen a legolcsóbb típusok is legalább 4-5 szenzort tartalmaznak, amelyeket kiválóan tudunk használni az iskolai kísérletek elvégzése során.

Ebben a típusban éppen 14 szenzor kapott helyet.

Milyen szenzorok rejtőznek zsebeinkben?

  • gyorsulásmérő
  • hőmérő
  • fényérzékelő
  • mikrofon
  • magnetométer
  • nyomásérzékelő
  • páratartalom érzékelő
  • GPS
  • giroszkóp ...

A felsorolásból is látható, hogy a szenzorok széles tárháza áll rendelkezésünkre. A telefonok ezeket a felhasználók igényeinek kielégítésére használják, de könnyedén a természettudományok szolgálatába állíthatjuk őket.

A szenzor adott, azonban a begyűjtött adatok rögzítéséhez, értelmezéséhez különböző alkalmazásokra van szükségünk. Az első probléma itt adódhat, hiszen a legtöbb ilyen alkalmazás Androidos telefonokra készült, de alternatív program IOS és Windows rendszerekre is található.

Alkalmazások, amelyeket a tudományos kirándulás során használtunk:

  • Accelerometer Monitor - a három irányú gyorsulásmérőnk adatait gyűjti és jeleníti meg grafikusan, számos beállítási lehetőséget tartalmaz, illetve a rögzített adatok exportálhatóak, ja és mindezek mellé ingyenes!
  • AndroSensor - a telefonban lévő összes szenzor adatának megjelenítésére és rögzítésére alkalmas, az adatok exportálhatóak, ingyenes alkalmazás!
  • My GPS Coordinates - az aktuális pozíciód jeleníti meg a GPS mérések koordináta rendszerében (WGS'84), ingyenes alkalmazás!
  • Sensor Kinetics Proa telefonban lévő összes szenzor adatának megjelenítésére és rögzítésére alkalmas, az adatok exportálhatóak, azonban csak a megvásárolt verzióban tudjuk adatainkat exportálni!
  • Sound Meter Pro - a mikrofon, mint szenzor használatával dB értékek meghatározására képes, ingyenes alkalmazás! (kísérlet során kiválóan bemutatható vele a Doppler - effektus)

A programok nagy előnye, hogy az adatok exportálhatóak, így a tanterembe visszatérve bármikor az elemző programba importálhatjuk őket.

A Rutherford diói 46 fővel képviselték magukat, annak érdekében, hogy minőségi munkát tudjunk végezni és mindenki részt vehessen a kísérletekben 3 csapatot alakítottunk ki, akik megközelítőleg óránként váltották egymást. Egy csapat részére mindig "szabadfoglalkozás" volt, így a kalandparkban található játékokat próbálhatták ki kötetlenül.

Első mérésünket a kalandparkban található 3D karikánál végeztük. Ehhez egy vállalkozó szellemű diákra, az okostelefonban lévő gyorsulásmérőre és az Accelerometer Monitor alkalmazásra volt szükségünk. Az x,y,z irányba mérő szenzor nem a gyorsulást méri, hanem a fellépő erőhatásokat rögzíti Newton II. törvényének  (F = m*a) megfelelően. Ezáltal jól mérhetővé vált, mekkora erőhatásnak van kitéve a 3D karikában "pörgő" ember, tudtuk mérni, hány G hat rá.

3D karika - G erő mérése gyorsulásmérő segítségével

Ahhoz, hogy az adatok a rögzítés pillanatában nyomon követhetők legyenek, a telefon képernyőjét megosztottuk a laptoppal, így a csapat többi része élőben láthatta milyen erőhatásnak van kitéve csapattársuk. A rögzített legnagyobb erőhatás 2,5 G körül mozgott.

Továbbra is maradtunk a gyorsulásmérőnél, azonban áttértünk a rezgőmozgás modellezésére. Erre több eszköz is a rendelkezésünkre állt. Rögzítettünk adatokat hintázás, trambulinozás és X-Jumpozás közben is. Hintázás közben gyűjtött adatokból majdnem tökéletesen kirajzolódott a rezgőmozgásra jellemző szinuszos függvény, majd a magára hagyott rendszer szabad rezgés végezve lassan csillapodott, megállt. Egyszerű kísérlet, az elvégzéséhez szükséges telefon ott pihen zsebünkben, aminek segítségével könnyedén modellezhetjük a rezgőmozgást. Egészen más játszva fizikát tanulni ugye? :)

Hinta, trambulin, X-jump és egy kis traktorozás. :) A képgalériáért kattints a képre!

Szabadesés? Miért ne! Na nem a diákokat dobáltuk, csak a telefonjukat. :) Ehhez a már korábban használt eszközök és alkalmazások szükségesek. Annyi kiegészítés teendő, hogy a három irányú gyorsulásmérő z irányban stabilan 9,81 m/s2 körüli értéket mutat. Ez nem más, mint a Föld gravitációs mezejében ható nehézségi gyorsulás. A szabadesés pillanatában a szabadon eső testre semmilyen lényeges erő nem hat (a közegellenállástól eltekinthetünk ebben az esetben), a test súlytalan. A gyorsulásmérő erőhatást mér F = m*a alapon, tehát a szenzor adatait grafikonon követve, a szabadesés pillanataiban a 0 értéknél vízszintes vonal jelenik meg a kijelzőn.

Készítettünk egy megfelelően biztonságos landolási területet a telefonoknak, majd különböző magasságokból leejtettük és megfigyeltük a grafikonokat (minden telefon működőképes és sértetlen maradt :) ). 

Az rezgőmozgás és szabadesés kombinációját figyelhetjük meg a trambulinon és az X-jumpon is. Telefon a zsebbe és már indulhat is az ugrabugra! :) Ilyen és ehhez hasonló játékos módon kerültünk közelebb a fizikához.

Trambulinozás közben rögzített adatok. Rezgőmozgás és a szabadesés egyaránt "kiolvasható" (sárga = y irány, rezgőmozgás jeleníti meg, fehér = z irány, amely szakaszokon értéke 0, ott szabadesés történt).

Finom ebédet követően még lehetőségük volt a Rutherford dióinak, hogy szabadon kipróbálhassák a kalandpark játékait. Tiroli csúszópálya, bob, gokart, alpesi kötélpark ... állt a rendelkezésükre. A Tiroli csúszópályán is rögzítettünk adatokat, itt a csúszás során fellépő erőhatásokról kaptunk információt, amelyek az elindulás és megérkezés (esetenként becsapódás) pillanatában mutatkoztak érdekesnek.

Ezt követően gyorsan összeszedtük a csapatokat és indultunk Orfűre. Az Orfűi tó területén kerültek kijelölésre mintavételi pontok, ahová a csapatoknak be kellett evezniük, majd mintát venni és a legalapvetőbb vizsgálatokat elvégezni. Délutáni csónakázás verőfényes napsütésben a tudomány szolgálatában. Nem is választhattunk volna jobb környezetet ismereteink gyarapítására. :)

Vízmintavétel az Orfűi tónál.

Ennél a feladatnál a My GPS Coordinates alkalmazás volt a segítségünkre. A program nagy előnye, hogy a helymeghatározás hibáját is mutatja, amely mintavételezések során fontos információ, így ezeket minden esetben feljegyeztük. Egyszerre két csónakkal indultunk a mintavételi pontok nyomába. Térkép és koordináták álltak a diákok rendelkezésére és jómagam, mint szakmai segítség. Minden csoport megkapta mintavételi jegyzőkönyvét, amely kitöltését követően megkezdtük a munkát. 

A kijelölt mintavételi pontok.

Az adott pontokról vízmintát vettünk, majd datalogger és a hozzá tartozó alap kémiai szenzorcsomag segítségével megmértük a vízminta hőmérsékletét, pH-ját és fajlagos vezetőképességét. A méréseket a mintavételt követően azonnal elvégeztük, hiszen ezen paraméterek az eredeti közegből való "kiragadást" követően azonnal módosulhatnak. Az egyes mintavételi pontokról vett minták paramétereit összegeztük és láthattuk, hogy mekkora jelentősége van annak, honnan vesszük a mintát, illetve egy tó semmiképpen sem tekinthető homogén rendszernek, mind vertikálisan, mind horizontálisan változó paramétereket produkálhat.

Az elemzést még a csónakban elvégeztük a datalogger segítségével.

A mintavételezés végére a napsugarak már az égbolt alját nyaldosták, közeledett az este. Közeledett egy tökéletes nap vége. Olyan hiánypótló kirándulás végéhez érkeztünk, ahol egész nap látszott az arcokon a mosoly, az hogy igenis lehet játszva tanulni a természettudományokat és senki sem érezte kötelességnek a kísérleteket, sokkal inkább buli volt számukra ez a nap. Eközben pedig hasznos ismereteket szerezhettek a körülöttünk lévő világról!

A következő Stiefel Tudományos Kaland részleteit a tervek szerint még az idén megtaláljátok blogunkon, iratkozzatok fel hírlevelünkre és így garantáltan nem maradtok le pályázatainkról. Adjátok meg az esélyt magatoknak, hogy egy hasonlóan élvezetes kirándulás esélyesei közé kerüljetek.

Érdemes látogatni blogunkat, facebook oldalunkat, mert az okostelefonokkal további kísérleteket olvashattok a későbbiekben, egy-egy konkrét kísérletet, részletes leírással.

Hamarosan a Rutherford diói elkészülnek élménybeszámolójukkal, így az ő élményeikkel is megismerkedhettek. Illetve a kirándulás alatt készült videókból összeállítunk egy anyagot, amit a közeljövőben szintén meg fog jelenni.

Ezúton szeretnék köszönetet mondani a Mecsextrém kalandparknak a kedvezményes belépőkért, illetve Takács Zoltánnak, aki a pályázat támogatásaként kedvezményesen szállította csapatunkat a kirándulás során.

Köszönjük!

Jakus Ádám
e-mail: fizika@stiefel.hu
Tel.: (1) 415-2010

A bejegyzés trackback címe:

https://hetikiserlet.blog.hu/api/trackback/id/tr827952084

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.