Luftkissenbahn und Federpendel - Revision history

Nabla at 16:09, 7 December 2023

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Nabla at 17:00, 6 December 2023

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Nabla at 16:59, 6 December 2023

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Nabla at 16:58, 6 December 2023

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Nabla at 16:51, 6 December 2023

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Nabla at 09:50, 5 December 2023

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Nabla at 08:55, 5 December 2023

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Nabla at 08:53, 5 December 2023

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Nabla at 08:43, 5 December 2023

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Nabla: /* Alternative Programmierung */

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Alternative Programmierung

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 Unten gibt es zwei Programme. Variante 1 verzichtet auf die Geschwindigkeit, liefert dafür aber zwei Abstandsinformationen (mit und ohne Offset). Die 2. Variante berechnet die Momentangeschwindigkeit mit zentralen Differenzenquotienten aus dem Signal des ToF-Sensors. Das ist natürlich etwas rauschig, funktioniert aber gar nicht so schlecht. Einfach mal ausprobieren.
-Beim Federpendel wird die Sensorbox unter den Schwinger geklettet. Der Abstand wird zum Tisch gemessen. Eine positive Beschleunigung ist hier also in die negative z-Richtung des Sensorkoordinatensystems gerichtet (siehe Vorzeichen in Programmierung). In den Rohdaten des Beschleunigungsensors ist schon eine leichte Verkippung messbar. Deshalb wird beim Einschalten oder Resetten des Sensorsormoduls die Beschleunigung auf Null tariert (Offsetmessung, siehe Programmierung). Gleiches geschieht mit dem Abstand. In zwei Views kann der Abstand nach wunsch untariert oder tariert dargestellt werden (Programmcode 1).
+Beim Federpendel wird die Sensorbox unter den Schwinger geklettet. Der Abstand wird zum Tisch gemessen. Eine positive Beschleunigung ist hier also in die negative z-Richtung des Sensorkoordinatensystems gerichtet (siehe Vorzeichen in Programmierung). In den Rohdaten des Beschleunigungsensors ist schon eine leichte Verkippung messbar. Deshalb wird beim Einschalten oder Resetten des Sensorsormoduls die Beschleunigung auf Null tariert (Offsetmessung, siehe Programmierung). Gleiches geschieht mit dem Abstand. In zwei Views kann der Abstand nach Wunsch untariert oder tariert dargestellt werden (Programmcode 1).
 Da ein Gyroskop sowieso mit verbaut ist, lässt sich eine Messung zur Zentrifugalbeschleunigung (siehe https://phyphox.org/wiki/index.php/Drehrate_und_Beschleunigung) auch gleich noch mit in view3 integrieren. So hat man insbesondere für Physik im 11. und 12. Jg. einen sehr universellen Sensor.
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 Der Arduino Nano 33 BLE wird über die Arduino IDE programmiert. Es müssen die Definitionen für den Nano und die phyphox-Bibliothek installiert sein. Siehe dazu das Video unter [[:Category: Arduino library experiments]].
-Möchte man mehrere Sensoren basteln, ist darauf zu achten, dass jeder eine eigene Kennung hat (diese wird in ''PhyphoxBLE::start("DistanceGyroAcceleration_01");'' festgelegt). Anschließend kann über das Plus-Symbol in phyphox ein Bluetooth-Experiment hinzugefügt werden, das Experiment wird dann automatisch geladen.
+Möchte man mehrere Sensoren basteln, ist darauf zu achten, dass jeder eine eigene Kennung hat (diese wird in ''PhyphoxBLE::start("DistanceGyroAcceleration_01");'' festgelegt). Anschließend kann über das Plus-Symbol in Phyphox ein Bluetooth-Experiment hinzugefügt werden, das Experiment wird dann automatisch geladen.
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 ==Alternative Programmierung==
-Die Geschwindigkeit kann als Differenzenquotient (zentrale differenzen) des Ortes gebildet werden. Das funktioniert gar nicht so schlecht. Hierfür werden die entsprechenden in Arrays gespeichert, aus denen dann aktuellen werte übertragen werden. Als Arraylänge wurde im Program einfach 5000 definiert, was hinreichend lang ist. Damit läuft es. Gute Programmierer haben sicherlich eine elegantere Lösung parat. Bitte korrigieren!
+Die Geschwindigkeit kann als Differenzenquotient (zentrale differenzen) des Ortes gebildet werden. Das funktioniert gar nicht so schlecht. Hierfür werden die entsprechenden in Abstände in Arrays gespeichert, aus denen dann aktuellen Werte übertragen werden. Als Arraylänge wurde im Program einfach 5000 definiert, was hinreichend lang ist. Damit läuft es. Gute Programmierer haben sicherlich eine elegantere Lösung parat. Gerne verbessern!
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 Beim Federpendel wird die Sensorbox unter den Schwinger geklettet. Der Abstand wird zum Tisch gemessen. Eine positive Beschleunigung ist hier also in die negative z-Richtung des Sensorkoordinatensystems gerichtet (siehe Vorzeichen in Programmierung). In den Rohdaten des Beschleunigungsensors ist schon eine leichte Verkippung messbar. Deshalb wird beim Einschalten oder Resetten des Sensorsormoduls die Beschleunigung auf Null tariert (Offsetmessung, siehe Programmierung). Gleiches geschieht mit dem Abstand. In zwei Views kann der Abstand nach wunsch untariert oder tariert dargestellt werden (Programmcode 1).
-Da ein Gyroskop sowieso mit verbaut ist, lässt sich eine Messung zur Zentrifugalbeschleunigung (siehe https://phyphox.org/wiki/index.php/Drehrate_und_Beschleunigung) auch gleich noch mit in view3 interieren. So hat man insbesondere für Physik im 11. und 12. Jg. einen sehr universellen Sensor.
+Da ein Gyroskop sowieso mit verbaut ist, lässt sich eine Messung zur Zentrifugalbeschleunigung (siehe https://phyphox.org/wiki/index.php/Drehrate_und_Beschleunigung) auch gleich noch mit in view3 integrieren. So hat man insbesondere für Physik im 11. und 12. Jg. einen sehr universellen Sensor.
 <gallery widths=500px heights=400px>

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 File:Federpendel velocity2.jpg|Alternativer Code (s. u.) mit Geschwindigkeitsgraph über zentrale Differenzenquotienten
 File:Nano33 Luftkissenbahn5.jpg|Alternativer Code (s. u.) mit Geschwindigkeitsgraph über zentrale Differenzenquotienten
-File:Nano33 Luftkissenbahn6.jpg|Die mithilfe einer Ausgleichsgeraden ermittelte Geschwindigkeit passt perfekt zu den Werten des Beschleunigungssensors
+File:Nano33 Luftkissenbahn6.jpg|Die mithilfe einer Ausgleichsgeraden ermittelte Beschleunigung passt perfekt zu den Werten des Beschleunigungssensors
 </gallery>

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 File:Nano33_Federpendel1.jpg|Arduino Nano 33 BLE mit ToF-Sensor unter Federpendel
 File:Federpendel velocity2.jpg|Alternativer Code (s. u.) mit Geschwindigkeitsgraph über zentrale Differenzenquotienten
-File:Nano33 Luftkissenbahn3.jpg|Alternativer Code (s. u.) mit Geschwindigkeitsgraph über zentrale Differenzenquotienten
+File:Nano33 Luftkissenbahn5.jpg|Alternativer Code (s. u.) mit Geschwindigkeitsgraph über zentrale Differenzenquotienten
-File:Nano33 Luftkissenbahn4.jpg|Die mithilfe einer Ausgleichsgeraden ermittelte Geschwindigkeit passt perfekt zu den Werten des Beschleunigungssensors
+File:Nano33 Luftkissenbahn6.jpg|Die mithilfe einer Ausgleichsgeraden ermittelte Geschwindigkeit passt perfekt zu den Werten des Beschleunigungssensors
 </gallery>

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 File:Federpendel velocity2.jpg|Alternativer Code (s. u.) mit Geschwindigkeitsgraph über zentrale Differenzenquotienten
 File:Nano33 Luftkissenbahn3.jpg|Alternativer Code (s. u.) mit Geschwindigkeitsgraph über zentrale Differenzenquotienten
-File:Nano33 Luftkissenbahn4.jpg|Der Tippfehler in der Maßeinheit bei der Geschwindigkeit ist natürlich inzwischen korrigiert
+File:Nano33 Luftkissenbahn4.jpg|Die mithilfe einer Ausgleichsgeraden ermittelte Geschwindigkeit passt perfekt zu den Werten des Beschleunigungssensors
 </gallery>

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   | Sensors = distance, acceleration
 }}
-Sowohl beim Federpendel als auch bei Versuchen auf der Luftkissenbahn, wo man Beschleunigung und Abstand messen möchte, bietet sich eine Kombination aus Abstands- und Beschleunigungssensor an. Der Arduino Nano 33 BLE verfügt über einen eingebauten Beschleunigungssensor. Über den I2C-Bus lässt sich zusätzlich ein Time-of-Flight-Sensor anschließen, siehe https://phyphox.org/wiki/index.php/Distanzsensor_(Federpendel). So lassen sich beim Federschwinger die Elongation (millimetergenau) und die Beschleunigung des Schwingers gleichzeitig messen. Bei der Luftkissenbahn bekommt man so das Weg-Zeit und das Beschleunigung-Zeit-Diagramm parallel in Echtzeit.
+Sowohl beim Federpendel als auch bei Versuchen auf der Luftkissenbahn, wo man Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung messen möchte, bietet sich eine Kombination aus Abstands- und Beschleunigungssensor an. Der Arduino Nano 33 BLE verfügt über einen eingebauten Beschleunigungssensor. Über den I2C-Bus lässt sich zusätzlich ein Time-of-Flight-Sensor anschließen, siehe https://phyphox.org/wiki/index.php/Distanzsensor_(Federpendel). So lassen sich beim Federschwinger die Elongation (millimetergenau) und die Beschleunigung des Schwingers gleichzeitig messen. Bei der Luftkissenbahn bekommt man so das Weg-Zeit und das Beschleunigung-Zeit-Diagramm parallel in Echtzeit. Die aktuelle Geschwindigkeit lässt sich über einen Differenzenquotienten aus den Wegdaten berechnen.
-Unten gibt es zwei Programme. Die 2. Variante berechnet die Momentangeschwindigkeit mit zentralen Differenzenquotienten aus dem Signal des ToF-Sensors. Das ist natürlich etwas rauschig, funktioniert aber gar nicht so schlecht. Einfach mal ausprobieren.
+Unten gibt es zwei Programme. Variante 1 verzichtet auf die Geschwindigkeit, liefert dafür aber zwei Abstandsinformationen (mit und ohne Offset). Die 2. Variante berechnet die Momentangeschwindigkeit mit zentralen Differenzenquotienten aus dem Signal des ToF-Sensors. Das ist natürlich etwas rauschig, funktioniert aber gar nicht so schlecht. Einfach mal ausprobieren.
-Beim Federpendel wird die Sensorbox unter den Schwinger geklettet. Der Abstand wird zum Tisch gemessen. Eine positive Beschleunigung ist hier also in die negative z-Richtung des Sensorkoordinatensystems gerichtet (siehe Vorzeichen in Programmierung). Schon eine leichte Verkippung ist in den Rohdaten des Sensors messbar. Deshalb wird beim Einschalten oder Resetten des Sensors der Beschleunigungssensor auf Null tariert (Offsetmessung, siehe Programmierung). Auch der Abstand wird im gleichen Zuge auf Null tariert. In zwei Views kann der Abstand nach wunsch untariert oder tariert dargestellt werden (Programmcode 1).
+Beim Federpendel wird die Sensorbox unter den Schwinger geklettet. Der Abstand wird zum Tisch gemessen. Eine positive Beschleunigung ist hier also in die negative z-Richtung des Sensorkoordinatensystems gerichtet (siehe Vorzeichen in Programmierung). In den Rohdaten des Beschleunigungsensors ist schon eine leichte Verkippung messbar. Deshalb wird beim Einschalten oder Resetten des Sensorsormoduls die Beschleunigung auf Null tariert (Offsetmessung, siehe Programmierung). Gleiches geschieht mit dem Abstand. In zwei Views kann der Abstand nach wunsch untariert oder tariert dargestellt werden (Programmcode 1).
 Da ein Gyroskop sowieso mit verbaut ist, lässt sich eine Messung zur Zentrifugalbeschleunigung (siehe https://phyphox.org/wiki/index.php/Drehrate_und_Beschleunigung) auch gleich noch mit in view3 interieren. So hat man insbesondere für Physik im 11. und 12. Jg. einen sehr universellen Sensor.

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 PhyphoxBleExperiment::Graph graph3;
    graph3.setLabel("Geschwindigkeit");
-   graph3.setUnitX("v");
+   graph3.setUnitX("s");
    graph3.setUnitY("m/s");
    graph3.setLabelX("t");