Die kostenlose, werbefreie und datenschutzkonforme App MechanikZ wurde speziell für den Physikunterricht entwickelt. Zur richtigen Bedienung und Auswertung der Daten sind physikalische Grundkenntnisse über Bezugssysteme notwendig. Diese App nützt den 3D-Beschleunigungssensor zur Bestimmung des Beschleunigungsvektors. Der Beschleunigungs-Vektorpfeil wird zusammen mit dem Kraft-Vektorpfeil in Echtzeit in einem 3D-Koordinatensystem dargestellt. Darüber hinaus berechnet die App durch Integration den Geschwindigkeits- und Ortsvektor. Die Messwerte der Komponenten dieser Vektoren werden zusammen mit den Beschleunigungswerten, den Impulswerten und den Kraftwerten in Schaubildern dargestellt. Zudem werden die Winkelgeschwindigkeiten mithilfe des 3D-Gyrosensors aufgenommen und ebenfalls als Schaubilder dargestellt. Die Achsenrichtungen können umgekehrt werden. Die ist zum Beispiel bei der Messung des Falls eines Smartphones bzw. Tablets auf ein Kissen hilfreich. Zur Auswertung der aufgenommenen Daten ist ein Funktionsfit in die App integriert. Hierbei können Polynome vom 0. bis 4. Grad und Sinusfunktionen als Funktionsterm ausgewählt werden. Optional kann eine Optimierung für harmonische Schwingungen vor oder nach der Messung eingeschaltet werden. Bei dieser Optimierung werden die Anfangswerte für vx(t) und sx(t), vy(t) und sy(t) bzw. vz(t) und sz(t) für eine harmonische Schwingung automatisch optimiert und durch einen geeigneten Hochpass Störsignale eliminiert, sodass i.A. sehr gute Schaubilder ausgegeben werden. Die App besitzt zudem einen Tiefpassfilter, der auch nach der Messung noch eingestellt oder ein- und ausgeschaltet werden kann. Zudem können die Messergebnisse gespeichert, geöffnet, versendet und empfangen werden. Eine effektive Kalibrierungsroutine, die Nullpunktverschiebung, Skalierungsfehler und sogar die Nichtorthogonalität der Achsen des Beschleunigungssensors weitgehend korrigieren kann, ist ebenfalls implementiert. Bitte beachten Sie, dass diese Kalibrierung das erhebliche Rauschen des Beschleunigungssensors, mögliche Temperaturabhängigkeiten und Hysterese nicht korrigieren kann. Diese App ermöglicht schnelle Messungen und einfache Auswertungen. Allerdings ist die Genauigkeit dieser App, insbesondere der Geschwindigkeits- und Ortsvektoren, durch die erheblichen Fehler des Beschleunigungssensors beschränkt. Durch die Integration bzw. zweifache Integration steigt der nach der Kalibrierung vorhandene Restfehler mit der Zeit linear bzw. quadratisch an. Dies führt i.A. dazu, dass bereits nach wenigen Sekunden erhebliche Fehler in den Geschwindigkeits- und Ortswerten auftreten. Bei den in der Physik häufig sehr kurzzeitigen Experimenten, ist dies meist aber kein Problem. Falls die Endgeschwindigkeit bekannt ist (z.B. Stillstand am Ende der Messung), kann diese zusätzliche Information mit der Option "Endgeschwindigkeitskorrektur" ausgenutzt werden, um noch genauere Ergebnisse zu erhalten. Die Messergebnisse können per CSV-Datei über Bluetooth, Air Drop, E-Mail, ... ausgetauscht werden. Auf älteren Geräten läuft die App nicht gänzlich flüssig. Falls Sie Fragen haben, oder Fehler finden, wenden Sie sich bitte per E-Mail an mich: ziegler@spaichinger-schallpegelmesser.de.
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Die Nutzung der App "MechanikZ" ist vom Entwickler und Programmierer
Dr. Markus Ziegler
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gez. Dr. Markus Ziegler
Spaichingen, 18.02.2019
