スマホで実験!振り子や円運動の加速度を測ってみよう!


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今日もスマホを使った実験について紹介します。
スマホには傾きを感知したり、磁力に反応したりと、
様々なセンサーがついています。

それらのセンサーからアプリで必要なセンサーを制御して、
ゲームに組み込んだり、コンパスを動かしたり、しています。

これは実験に使わない手はありませんね!!

そんなセンサーの挙動を表示してくれるアプリが、
「加速度・ジャイロスコープ・磁力センサーロガー」という
少し名前の長いアプリケーションです。

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このアプリは使い方が簡単で、ダウンロード後に左上に表示された開始ボタンを押すだけ。
するとログがとられていきます。

この状態にして、iPhoneを横に降ったり(x軸)、上下に振ったり(y軸)、垂直に振ったり(z軸)すると、
そのときどきの加速度をとらえて3軸のメモリ(x軸・y軸・Z軸)が動いていきます。

いろいろと振ってみると、実際にデータがリアルタイムでとられていくので、
とてもおもしろいアプリです。

これは何かいろいろなことができそうな予感ですよね!

まずはiPhoneを自由落下させる実験をしてみました。
高いところから手を離して、地面に付く前にiPhoneをキャッチ!

壊れるかもしれないので、生徒にはやらせられない実験です。

ただ実際にやってみると、9.8に近い数字にはなりませんでした。

これはiPhoneが回転しながら落ちていっているという面や、
どのあたりまで正確に測れているのかということ、
また時間分解能などに関係がありそうです。

この実験をやってみて、数字をみてどうこうというよりは、
いつ加速度が大きくなるのか?ということを、
おおまかに知る実験には向いていると思いました。

いろいろ試す中で、うまくいった2つの実験について紹介します。

科学のレシピ

<振り子実験>

用意するもの:iPhone(加速度センサーアプリ)、iPhoneカバー(100円ショップで買いました)、きり、ひも

手順:

1 iPhoneカバーにキリなどで穴をあけてヒモを通しておく。

このようなプラスチック製のカバーを買いました。

2 iPhoneにカバーをつけて振り子を作る。

3 加速度センサーを開始して、振り子を揺らす(このさいスタンドや柱などに固定して揺らすとよい)。

4 データをテキスト出力をしてエクセルで解析。

観察:

この実験をやってみると、加速度が正弦曲線になっていることがわかります。
またこの加速度データをテキストデータに吐き出して解析することによって、周期を求めることができました。

<円運動の加速度の向きを調べる>

用意するもの:iPhone(加速度センサーアプリ)、回転テーブル

手順:

1 iPhoneを回転テーブルにのせて固定する。

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2 加速度センサーを開始して、テーブルを回す(できるだけ等速で)

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観察:

この実験をやってみると、加速度がある軸(私の実験の場合はx軸にのみふれました)にしか現れていないことが確認できます。

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少し見えにくくてごめんなさい!ぶれてしまいましたが、
x軸(赤の線)が動いているのがわかりますね(山になっています)。動画はこちらをどうぞ

今後の課題としては、このデータをテキストに吐き出して、回転運動の周期(目測)と、iPhoneをおいた中心からの半径から、加速度の計算値とデータがどのあたりまであっているのか調べておくということです。

いろいろなことができる時代になってきました。安く実験をするためにも、また生徒が身近に感じられるようにするためにも、生徒がもっているスマホを扱わない手は無いのではないかと思っています。みなさんは実験でどんな使い方をしていますか?

カメラ1つとっても、スマホがあるだけでいろいろな使い方ができますよね。いろいろと教えて下さい(^^)

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