مفاهیم کلیدی:

فیزیک / حرکت / سرعت / شتاب / اندازه گیری

مقدمه:

آیا تا به حال با استفاده از یک کنترل کننده حرکت بازی ویدیویی انجام داده‌اید؟ آیا این سوال برای شما پیش آمده که چگونه گوشی‌های هوشمند حس می‌کنند که شما در حرکت هستید؟  چگونه این ابزارهای الکترونیکی حرکت را اندازه می‌گیرند؟ این فعالیت را انجام دهید تا دریابید!

 

پیش زمینه:

احتمالا شما با واحد های اندازه فاصله و سرعت آشنایی دارید. فیزیکدانان از سیستم متریک استفاده می‌کنند که برای اندازه گیری فاصله از متر (m) و برای سرعت از متر بر ثانویه (m/s) استفاده می‌کنند.

برای رسیدن به سرعت معینی، جسم مورد نظر معمولا باید سرعتش را کم یا زیاد کند. ممکن است از واژه «شتاب گرفتن» برای توصیف جسم در حال سرعت گرفتن، استفاده کنید؛ مانند شتاب گرفتن یک ماشین بعد از چراغ قرمز. می‌توانیم این ایده‌ها را حتی جلوتر ببریم. در حالی که سرعت تغییر فاصله را تخمین می‌زند، شتاب میزان تغییر سرعت را تخمین می‌زند. در نتیجه واحد شتاب کمی عجیب به نظر می‌رسد: متر بر ثانیه در ثانیه – یا متر بر مجذور ثانیه. اگر چشم سرعت ثابت داشته باشد، مثل یک ماشین که از کنترل کروز در بزرگراه ها استفاده می‌کند، شتاب آن صفر می‌شود. اگر سرعت تغییر کند شتاب غیر صفر خواهد بود. برای مثال: اگر ماشین پشت چراغ خطر ایستاده ، سرعت آن صفر است. اگر شتاب بگیرد و دو ثانیه بعد سرعت آن ۱۰ m/s  شود شتاب آن ۵ m/s^2 است. کسانی که سوار یک قطار هوایی می‌شوند شتابی تا حدود ۶۰ m/s2 را تجربه می‌کنند و خلبان یک جت ممکن است شتابی تا حدود ۹۰ m/s^2 را در مدت زمان کوتاهی تجربه کند! اگر به نظر پیچیده می آید نگران نباشید – می‌توانید تنها شتاب را این اینگونه در نظر بگیرید که چقدر سریع سرعت کم یا زیاد می‌شود. (اگر سرعت کم شود شتاب علامت منفی می‌گیرد).

 

تصویر فارسی شده از Hyperphysics

 

همه‌ی این‌ها چه ارتباطی با گوشی‌های هوشمند داشت؟ شتاب گرفتن می‌تواند توسط قطعات الکترونیکی کوچکی به اسم «شتاب سنج» اندازه‌گیری شود. امروزه بیشتر گوشی‌های هوشمند شتاب‌سنج داخلی دارند و میتوانند برنامه هایی را اجرا کنند که خوانش شتاب‌سنج دارند.  بنابراین اگر می‌خواهید جرکت در دنیای پیرامون خود را کشف کنید  تمام آنچه شما نیاز دارید یک گوشی هوشمند است!

مواد:

  •  گوشی هوشمند و یا تبلت و دسترسی به اینترنت
  • سطح نرم مانند یک بالشت تخت یا مبل
  • کمک بزرگترها برای نصب و راه اندازی نرم افزار
  •  زمین بازی یا منطقه باز مانند پارک (اختیاری)
  • بازو بند نگهداره برای وصل کردن گوشی به دست یا پا (اختیاری)
  • وسیله حمل و نقل مثل دوچرخه اتومبیل اتوبوس (اختیاری)

 

آماده سازی:

  • از یک بزرگتر بحواهید برای جستجو و دانلود نرم افزار «شتاب سنج» بر روی گوشی یا تبلت به شما کمک کند.
  • با نرم افزار شتاب‌سنج خود آشنا شوید. بعضی از نرم افزارها تنها عددی را بر روی صفحه نشان می‌دهند در حالی که بعضی متر و نمودار را هم نشان می‌دهند. نرم افزاری که به شما اجازه می‌دهد اطلاعات را ضبط کنید و به طور خودکار کمترین و بیشترین مقادیر را نمایش می‌دهد برای این پروژه بهترین گزینه است.
  • بیشتر نرم افزار های شتاب سنج، شتاب را با سه برچسب x ,y , z نشان می‌دهند و نشانگر شتاب در سه محور بعد فضایی است.
  • به طور معمول اگر گوشی خود را به طوری روی میز قرار دهید که صفحه آن رو به بالا باشد هر گونه حرکتی در جهت راست یا چپ شتاب در محور x تولید میکند و شتاب در راستای محور y ناشی از حرکت گوشی به سمت بالا یا پایین آن است و اگر گوشی را از سطح میز بردارید و به سمت بالا یا پایین میز حرکت دهید شتاب در راستای z ایجاد می‌شود.
  • بعضی از نرم افزارها این قابلیت را دارند که شتاب در هر سه محور را بخوانند و شتاب نهایی را محاسبه کنند.
  • مطمئن شوید نرم افزار کار می‌کند. آن را با دست تکان دهید و ببینید اعداد روی صفحه تغییر می‌کند.

روش کار:

  • شتاب «معمول» حرکت روزانه خود را اندازه بگیرید. گوشی را در دست بگیرید و یا درون جیب خود قرار دهید، سپس راه بروید بنشینید بلند شوید، از پله ها بالا و پایین بروید. اندازه شتابی که اندازه گرفتید چقدر است؟
  • حالا شتاب حرکت «سریع» را اندازه بگیرید. سعی کنید بپرید، بدوید، بچرخید و یا بازوی خود را سریع تکان دهید. (مراقب باشید گوشی تلفن از دستتان نیفتد). این شتاب چقدر است؟
  • گوشی را از بالای بالشت یا مبل بر روی آن بیندازید. شتابی که موقع برخورد با سطح محاسبه می‌کند چقدر است؟ به نظر شما اگر گوشی را از فاصله‌ی بیشتری بر روی بالشت بیندازید و یا بر روی سطح سفت رها کنید مقدار شتاب بیشتر می‌شود؟
  • به نظر شما حرکت با سرعت ثابت چقدر سخت است؟ گوشی را بر روی میز قرار دهید آیا می‌توانید بگونه ای گوشی را در راستای x یا y حرکت دهید که مقدار شتاب را صفر نشان دهد؟

اختیاری:

  • شتاب سنج را به زمین بازی ببرید. اگر از یک سرسره پایین بروید، یا از پله بالا بروید و یا بچرخید؟ چه زمانی بیشترین شتاب را تجربه می‌کنید؟
  • گوشی را به با یک بند نگهدارنده به دست یا پای خود متصل کنید. کدام قسمت از بدن شما هنگام دویدن بیشترین شتاب را احساس می‌کند؟
  • شتاب سنج را به داخل وسیله نقلیه خود، دوچرخه یا ماشین ببرید و شتاب هر کدام را بسنجید.

مشاهدات و نتایج:

  • در هنگامی که بطور معمول حرکت می‌کنید و گوشی را در دست نگه داشتید باید شتابی در حدود ۱۰ m/s^2 را اندازه گیری کنید.
  • اگر گوشی را درون جیب خود قرار دهید امکان دارد شتاب بیشتری را بسنجید زیرا امکان حرکت در اطراف بیشتر می‌شود.
  • حرکت‌های سریع تر مثل چرخاندان گوشی، می‌تواند شتابی در حدود ۵۰ m/s^2 را نشان دهد. بعضی وسایل الکترونیکی مانند لپ‌تاپ‌ها دارای «آشکارساز افتادن» هستند و  در هنگام تشخیص شتاب زیاد به طور خودکار سیستم را خاموش می‌کند تا از هر گونه خسارت جلو گیری کند.
  • ممکن است کمی گیج شوید اگر متوجه شویم که تنها با کج کردن گوشی شتاب‌سنج شتابی را به شما نشان می‌دهد با اینکه گوشی جابه‌جا نشده و سرعت صفر است نباید شتاب نیز صفر باشد؟ این اتفاق به علت می‌افتد که شتاب‌سنج، شتاب ناشی از گرانش که ۹/۸ m/s^2 را نشان می‌دهد.

منبع: Scientific American

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *