Experimentos físicos con el smartphone

Los smartphones modernos incorporan una amplia gama de sensores que muchos usuarios ni siquiera saben que tienen. Por ejemplo, un smartphone puede utilizarse como termómetro, barómetro, brújula y medidor de luminosidad.

La aplicación phyphox (Android e iOS) es un laboratorio de física para teléfonos inteligentes que puede utilizarse para medir y mostrar gráficamente una amplia gama de datos. La aplicación también enseña conocimientos de física con la ayuda de variados experimentos utilizando sensores de teléfonos inteligentes, en lugar de teoría árida y costosos aparatos de medición.

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Sensores en el smartphone

Los smartphones contienen un gran número de sensores que utilizan diversas aplicaciones y componentes del sistema, pero apenas se nota la presencia de ninguno de ellos. Dependiendo del modelo de smartphone, se instalan diferentes sensores: Sensor de posición (tres ejes), movimiento (tres ejes), brújula magnética, giroscopio, sensor de proximidad, sensor de luminosidad, GPS y podómetro pueden encontrarse en casi todos los smartphones. Los sensores de presión atmosférica y temperatura sólo suelen encontrarse en dispositivos muy potentes.

Las cámaras y el micrófono del smartphone también pueden utilizarse para diversas mediciones. Bluetooth, WLAN, radio móvil y NFC proporcionan datos adicionales. Asegúrate de estar de acuerdo cuando aparezcan solicitudes de autorización para diversos componentes del sistema, ya que de lo contrario los valores no podrán medirse correctamente. También puedes conectar varios dispositivos de medición externos a través de Bluetooth para analizar otros tipos de datos de medición en el smartphone.

Como muy pocos smartphones documentan qué sensores están instalados, consulta la aplicación Mi dispositivo (Android), que enumera todos los sensores, muestra los valores medidos actuales y también ofrece pruebas detalladas del hardware del smartphone.

Aspectos básicos del uso de la aplicación phyphox

La pantalla de inicio de la aplicación phyphox muestra una lista de todos los experimentos posibles, que los desarrolladores y proveedores de la comunidad van ampliando constantemente. Sólo se puede ejecutar un experimento a la vez. Todos los experimentos constan de varias páginas de pantalla con diversas visualizaciones gráficas o digitales de los valores medidos. El icono de reproducción situado en la parte superior inicia el experimento. En el mismo punto se puede pausar la adquisición de datos.

Para todos los experimentos que registran los datos de los sensores en tiempo real, se muestra una curva de progresión gráfica en la página Gráfico, además del valor medido en ese momento. Los ejes de estos gráficos se escalan automáticamente. Esto significa que el curso completo del experimento puede verse siempre en la línea horizontal y que los datos más antiguos no se salen de la imagen de la izquierda cuando se añaden nuevos datos a la derecha.

El eje vertical se adapta a los valores medidos. El valor más grande define el borde superior del gráfico, el más pequeño el borde inferior. En el menú situado en la parte superior derecha de cada página, encontrarás una explicación detallada de cada experimento, podrás exportar los datos de medición o activar el acceso remoto al smartphone

Un temporizador automático inicia el experimento automáticamente tras un retardo libremente definible para colocar el smartphone en la configuración del experimento. Una vez transcurrido el tiempo especificado, el experimento se detiene automáticamente para que no se registren valores que puedan falsear el resultado al retirar el smartphone de la configuración de prueba. Si faltan los sensores necesarios en el smartphone utilizado, no se puede iniciar el experimento correspondiente.

Registro de la posición y el movimiento mediante satélites GPS

Todos los smartphones actuales reciben señales GPS. Sin embargo, la mayoría de los usuarios sólo lo utilizan para navegar. El GPS ofrece mucho más. phyphox muestra las coordenadas exactas de tu ubicación, incluida la altitud sobre el nivel del mar. A partir de ahí, calcula curvas de progresión con la velocidad, la dirección del movimiento y la distancia recorrida. Para poder comparar los datos de diferentes mediciones, se muestran la precisión actual y el número de satélites recibidos. En el menú se puede limitar la adquisición de coordenadas a la posición del satélite para evitar errores, ya que Android también determina la ubicación mediante células de radio y WLAN conocidas.

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Medición de la frecuencia de un péndulo y de la aceleración gravitatoria

Si el smartphone está suspendido en un péndulo, el sensor giroscópico (girocompás) determina la frecuencia de oscilación. Junto con la longitud del péndulo, puede utilizarse para determinar la aceleración debida a la gravedad de 9,81 m/s². A la inversa, la longitud del péndulo puede calcularse a partir de este valor. Con un tiempo de medición más largo y una oscilación uniforme, se obtiene un resultado muy preciso.

Luminosidad en el puesto de trabajo

La luminosidad es un factor ergonómico decisivo, especialmente para los puestos de trabajo. Puede fluctuar enormemente incluso a distancias de pocos centímetros, que el ojo humano no puede percibir objetivamente gracias al rápido ajuste de la pupila. phyphox utiliza el sensor de luminosidad del smartphone, ahorrando la necesidad de un costoso medidor de luz. Al desplazarse por la habitación, la curva de luminosidad se muestra en forma de gráfico, de modo que se pueden reconocer fácilmente las zonas más claras y las más oscuras.

Inclinación de la rampa o el techo

A menudo es difícil determinar la inclinación de una superficie con transportadores analógicos, ya que no es posible alcanzar los bordes laterales o no existe una referencia horizontal exacta. El sensor de inclinación puede utilizarse para determinar con precisión el ángulo de inclinación si el smartphone está en posición horizontal o con un borde sobre la superficie inclinada. Para esta prueba, que en realidad solo está pensada para proporcionar un valor estático, deja el smartphone quieto durante unos segundos para mayor precisión hasta que se estabilice un valor de medición fiable.

Medición del ruido con presión sonora y respuesta en frecuencia

El ruido es una de las influencias más peligrosas en los lugares de trabajo, sobre todo porque los daños para la salud sólo se producen tras un retraso significativo. phyphox contiene varios experimentos para medir la presión sonora, así como la correlación de audio, el espectro de frecuencias y la respuesta en frecuencia. Esto te permite reconocer y evaluar rápidamente el efecto de las medidas de insonorización. Con un segundo smartphone, puedes generar tonos de prueba de determinadas frecuencias que se absorben en distintos grados. Un osciloscopio muestra los sonidos gráficamente para reconocer modulaciones en tonos sinusoidales, dientes de sierra y otros patrones de ruido.

Cronómetros sin contacto

Para medir tiempos con el cronómetro preinstalado en el smartphone, hay que tocar la pantalla táctil, lo que no es tan fácil de hacer en todas las situaciones. phyphox suministra varios cronómetros que pueden activarse y detenerse mediante señales acústicas, de movimiento, de aproximación o luminosas.

Altura y velocidad de un ascensor durante el desplazamiento

Los movimientos verticales provocan cambios de altura sobre la superficie terrestre. Estos pueden medirse con gran precisión durante un corto periodo de tiempo utilizando la presión atmosférica con el barómetro si se puede suponer que la presión atmosférica no cambiará debido a las condiciones meteorológicas durante el periodo de medición.

Esto también funciona si no se recibe la señal GPS que se utiliza normalmente para medir la altitud, por ejemplo, en recintos cerrados. Un experimento en phyphox utiliza este método para medir la velocidad de un ascensor. Para determinar la aceleración se utiliza también el eje Z del sensor de aceleración. Para garantizar que el movimiento se produce con precisión a lo largo del eje Z del smartphone, éste debe permanecer inmóvil en el suelo de la cabina del ascensor durante todo el trayecto y no sujetarse con la mano.

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Conclusión

La aplicación phyphox proporciona conocimientos básicos de física experimental de forma divertida. Los experimentos también pueden utilizarse para realizar mediciones útiles en la vida cotidiana, ya que los sensores integrados en los teléfonos inteligentes miden con gran precisión. Los sensores adicionales amplían las posibilidades.