Messen mit Smartphone und Tablet: Zentripetalkraft

Das zweite Unterrichtsszenario, das Lehrerinnen und Lehrer der Eckener Schule am Schulentwicklungstag erprobt haben, beschäftigt sich mit der Zentripetalkraft. Der Beschleunigungssensor, der in heute gängigen Smartphones und Tablets verbaut ist, wird hier nutzbar gemacht, um die Beschleunigungskräfte bei einer gleichförmigen Kreisbewegung zu untersuchen. Die Kolleginnen und Kollegen benutzen hier einen Drehteller, den Beschleunigungssensor gängiger Smartphones, und ein Haftpad zur Befestigung des Mobilgeräts auf der zu beschleunigenden Oberfläche, um Messungen zur Zentripetalkraft durchzuführen.

Gleichförmige Kreisbewegung Untersucht werden soll hier der Zusammenhang zwischen Bahnradius und Zentralbeschleunigung. Mobile-Apps wie Sensor Kinetics (Android) oder SensorLogger (iPhone/iPad) lesen die Sensordaten aus und bieten die Möglichkeit, sie zur Auswertung an andere Software weiterzugeben.
Position des Sensors Um eine genaue Messung des Abstands des Sensors vom Mittelpunkt des Drehtellers zu ermöglichen, ist es zunächst erforderlich die genaue Position des Sensors im Mobilgerät zu ermitteln und diesen Punkt auf dem Gerät zu markieren. Dafür ist im Falle von iPhone/iPad die App AccelVisu besonders gut geeignet. Diese App liest in Echtzeit die Beschleunigungswerte des Beschleunigungssensors aus und stellt diese graphisch als Beschleunigungspfeil dar.
Radius und Beschleunigung Sobald die Position des Sensors am Mobilgerät bekannt ist, kann die Entfernung vom Mittelpunkt des Drehtellers bis zum Sensor mit einem Metermaß gemessen werden (Radius). Nachdem die Platte in eine gleichförmige Kreisbewegung versetzt wird (deren Gleichförmigkeit mit einer Stopp-Uhr-App überprüft werden kann) wird die Beschleunigung mit der App SensorLogger gemessen.
Proportionalität Diese Messung wird mit 3 bis 4 unterschiedlichen Radien durchgeführt und die Messdaten in einer Werte-Tabelle an der Tafel gesammelt. Die graphische Darstellung der Werte in einem Achsenkreuz, in dem die Zentralbeschleunigung über dem Radius abgetragen wird, zeigt einen proportionalen Zusammenhang zwischen Zentralbeschleunigung und Bahnradius.