3个可以用手机做的科学实验!

现在的智能手机就像是一台微型电脑,但是除了运算速度快,智能手机还是一个数据收集器。由于智能手机内部安装有各种传感器,例如加速度、电磁场、声音、定位、压力等,当然智能手机还能用来打电话,这些功能都是电脑所做不到的。

有了各种传感器后,还需要安装各种相应的手机应用软件来收集这些传感器的数据。在本文中使用的是phyphox 应用程序,他完全免费并且在iOS和安卓平台上都可以使用。以下是3个可以使用手机来做的科学实验:

1、弹球实验

找一个具有弹性的小球,球的大小没关系,关键是具有弹性并且在反弹时会发出一定声响。接着在手机上开启phyphox后打开“elastic collision(弹性碰撞)”,然后将手机放置在球附近,这样在球反弹时手机上的麦克风能接收到发出的声响,点击录制按钮并释放小球。整个过程中,会将小球掉落的次数和时间记录下来,然后利用两次掉落间的时间间隔就能计算出小球弹起的高度,当然一般这个实验场地是在地球重力的环境下,加速度的取值为9.8 m/s2。下图是一次弹球实验的数据图表:

上面的图表中简化了数据,用户也可以自己去发现不同材质的弹球与反弹高度之间的联系,还有每次弹起高度的变化等。

2、测音速实验

测量音速的方法有很多,下面介绍的是使用2个智能手机进行测量的方法。一个手机打开phyphox后,当作是音速秒表,来记录声音的发生和结束。首先将2个手机分开一段距离放置,距离不是越远越好,一般控制在声音可听见范围内。假设现有A、B2个智能手机,分开放置后,先在手机A处击掌后开始计时,由于手机B距离较远,因此开始计时的时间会稍晚。接着在手机B处再次击掌,然后立刻停止手机B的计时再停止手机A。

由于手机B开始计时的时间较晚,当在手机B附近击掌后需要立即停止手机B的计时,而手机A由于需要等待声音的传播因此需要稍晚停止计时。两次击掌后录制的时间差被记录下来,再根据一下公式,来计算声音从手机A传递到手机B,再从手机B传递到手机A的速度。

音速的计算是2倍的手机间的距离除以2次时间的差。本文中2手机相距3.66米,2次时间分别为2.047秒和2.029秒,因此最后得到的结果是407 m/s。实验结果和音速有点出入,正常的音速值应该在343 m/s左右,当然毕竟不是在实验室里,因此无法保证数据的十分精确。

3、测量建筑物高度

以上的2个实验使用的是手机的麦克风功能,即便不是智能手机也有麦克风,接下来的这个实验需要使用的是气压计。很多智能手机都具有气压传感器,它可以根据气压的变化,帮助GPS更加精确定位位置信息。除了辅助定位功能外,气压传感器还可用于电梯上下过程中,由于高度变化而产生的气压变化。通过phyphox可以记录下不同高度气压的数值,然后根据该数值和所需时间计算高度,同时还会记录下加速度传感器的的数值,可以用来计算高度上升过程中的重力变化。下图是一次收集到的气压变化图表:

通过这种方式计算出建筑物的高度是不是感觉很酷?除此之外还可以计算电梯静止和运动时不同的重力变化。

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