Smartphone Physics

Nei giorni scorsi abbiamo predisposto alcuni semplici esperimenti che si possono realizzare con uno smartphone. Gli esperimenti in questione riguardano lo studio dei sistemi di riferimento non inerziali e si possono realizzare grazie al fatto che su ogni dispositivo di questo tipo è presente un accelerometro che permette al telefono di sapere in quale posizione si trova (verticale, orizzontale, poggiato su un tavolo).

Per realizzare questi esperimenti usiamo un’App gratuita il cui nome è Wireless IMU, scritta da Jan Zwiener. IMU non sta per Imposta Municipale Unica, ma per Inertial Measurement Unit: il software trasmette attraverso una rete WiFi i dati dei sensori del telefono che contengono informazioni rilevanti al fine di determinarne la posizione.

Una volta installata la App io ho scritto un’applicazione Java che intercetta i dati trasmessi dal telefono e li usa, negli esempi che ho previsto, per mostrarne il grafico in funzione del tempo e registrarli su un file per un’analisi successiva. Il software è, naturalmente, libero e si può scaricare all’indirizzo https://bitbucket.org/organtin/wimu. Essendo scritto in Java il software può girare su qualunque PC, indipendentemente dal sistema operativo. Il fatto che il codice sorgente sia aperto permette a chiunque di modificarlo e di realizzare l’applicazione che crede.

Le applicazioni al momento previste sono Imu e ImuFreeFall. La prima si limita a fare un grafico delle tre componenti dell’accelerazione in funzione del tempo. Mettendo il telefono su una piattaforma girevole si vede come l’accelerazione lungo il raggio diventi non nulla. Il dispositivo infatti si troverà in un sistema non inerziale con una componente centrifuga dell’accelerazione. Per eseguire l’esperimento si può usare un vecchio giradischi. Fissate bene il telefono sulla superficie per evitare che scivoli via (un modo consiste nell’incollare una cover sulla superficie girevole e fissare il telefono su quest’ultima).

ImuFreeFall mostra il valore della componente y dell’accelerazione e il modulo di quest’ultima in funzione del tempo. L’applicazione si arresta automaticamente quando il telefono passa da accelerazione nulla ad accelerazione diversa da zero. Se si tiene il telefono in verticale, l’accelerazione misurata lungo questa direzione è quella di gravità: 9.8 ms-2. Nel momento in cui lo si lascia cadere quest’accelerazione passa improvvisamente ad assumere il valore zero. Il telefono, infatti, si trova in un sistema di riferimento non inerziale con accelerazione costante. Appena la caduta si arresta l’accelerazione torna ad assumere il valore normale e l’applicazione si ferma. In questo modo si può sperimentare l’effetto del famoso ascensore in caduta libera descritto sui libri di fisica, per il quale dubito che qualcuno voglia fare l’esperimento. Naturalmente, per evitare che l’esperimento si possa eseguire una sola volta, il telefono va fatto cadere su un’opportuna superficie che attutisca l’urto: un secchio pieno di cuscini o di fiocchi di polistirolo da imballaggio funziona perfettamente (basta avere buona mira o un’area di caduta molto ampia).

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