Experimentació amb tecnologia mòbil. El giroscopi i el moviment circular

Aplicació a utilitzar

Physics toolbox SuiteEn aquesta ocasió mesurarem la velocitat angular amb la que gira el mòbil amb l’ajut de l’aplicació Giroscopi de la suite de mesura de sensors Physics ToolBox (Android i iOS), que ja hem utilitzat diverses vegades. Aquesta app ens mostra el valor de la velocitat angular, ω, de cada eix, X, Y i Z, en funció del temps.

PhyphoxSi el que volem és el valor global de la velocitat angular i no la seva descomposició en cada eix, necessitem usar una altra aplicació que ens la proporcioni, com és el cas de PhyPhox (Android i iOS), de la que recentment he parlat.

La majoria dels telèfons mòbils incorporen el sensor giroscòpic per tal de donar servei a les aplicacions de fotografia de 360º o de jocs de moviment i realitat virtual, per exemple, però molts mòbil de gama baixa i la majoria de les tauletes no en tenen, així que primer haureu de comprovar si el teniu, amb qualsevol de les dues aplicacions que acabo de recomanar.

 

Funcionament del giroscopi

El giroscopi dels telèfons i tauletes és un dispositiu electromecànic (Micro Electro Mechanical System, MEMS, o SMEM en català) d’unes dimensions molt reduïdes que està integrat amb diferents elements com un o diversos braços en constant vibració, un altre braç de detecció, un estator central fix al que van connectats els braços, tant el de detecció com els de vibració, i sensors capaços de determinar el moviment del braços, com ens explica la infografia de sota, que està apanyada d’una feta per Seico-Epson en culla web també expliquen les característiques dels seus sensors.

Giroscopi explicacio funcionament 600En estar normalment els braços vibrant sempre en la mateixa direcció, quan movem el telèfon la velocitat angular que pateix el giroscopi incideix sobre els braços alterant la direcció de vibració. Aquests canvis per mínims que siguin són detectats pels sensors allotjats al giroscopi, traduint la rotació a l’espai en impulsos elèctrics.

La combinació de la informació del giroscopi i de l’acceleròmetre (un altre sensor capaç de captar la inclinació del dispositiu i la seva acceleració i del que ja hem fet ús) és el que permet al telèfon saber quina és la seva posició a l’espai, amb quina inclinació, quina és la seva acceleració i velocitat de gir, etc. de manera que en tot moment sap com s’està movent.

A sota us enllaço un vídeo que explica com funciona el giroscopi electrònic.

 

Realització

 Hem de posar el telèfon sobre la superfície que gira o l’hem de subjectar a l’objecte que volem estudiar el seu moviment: un tocadiscs, una roda de bicicleta, o a la mà si som nosaltres mateixos els que girarem (tot sols o en una cadira), als cavallets, etc. S’ha de parar compte i subjectar bé el mòbil per a que no surti llançat o xoqui contra el quadre de la bici, per exemple.

Gir assecadora enciams

 Hem de considerar l’orientació en la que fiquem el telèfon ja que condicionarà en quin o quins dels eixos del mòbil obtindrem el valor de la velocitat angular. Si introduïm el mòbil en una assecadora d’enciams com mostra la fot de dalt i el fem girar, la velocitat angular ens la donarà de l’eix Z, però si subjectem amb la mà el telèfon verticalment i girem sobre una cadira de rodes la velocitat angular la donarà de l’eix Y.

Així, en el cas de fer girar el telèfon en la cadira de rodes i mesurar les dades amb Physics ToolBox podem obtenir una gràfica com la de baix.

Gir cadira rodes Physics ToolBox Screenshot  Gir cadira de rodes 2

Si usem l’app PhyPhox podem obtenir la velocitat angular en cada eix però també la gobal. Per fer-ho obrirem l’aplicació i seleccionarem Gyroscope, on anirem a l’apartat ABSOLUTE, i premen la fletxa d’inici començarà la gravació dels valors de la velocitat angular en cada eix i la global, que és la que es visualitzarà. Si despleguem el menú dels tres puntets de dalt a la dreta podem guardar les dades obtingudes i enviar-les per qualsevol tipus de missatgeria en format excel o .csv.

Gyroscope PhyPhox ScreenshotPhyphox menu 300

 A sota teniu les gràfiques obtingudes de la velocitat angular davant el temps en el cas del gir en una assecadora d’enciams i en una cadira de rodes:

Gir assecadora enciams PhyPhox Screenshot 1
El mòbil en l’assecadora d’enciams agafa una velocitat angular mitjana per sobre dels 20 rad/s

 

Gir cadira rodes PhyPhox Screenshot
En el cas de la cadira de rodes la velocitat angular que agafa el telèfon és de l’ordre de 2,5 rad/s, sent l’aturada molt lenta i amb un moviment molt proper a l’uniformement desaccelerat (línia descendent pràcticament recta) amb un valor per l’acceleració angular de α ≅ 0,07 rad/s2.

 

Observacions

♦ L’aplicació PhyPhox (physical phone experiments) és una virgueria. El menú de PhyPhox permet en l’apartat “Timed run” escollir el temps que ha de passar fins que comenci l’aparell a mesurar i el temps que ha d’estar prenent dades.

També és possible enviar la senyal del telèfon a un ordinador o tauleta en temps real mitjançant un navegador web que veu la pantalla del telèfon i pot controlar-lo a distància, només indicant-lo en el menú (Allow remote access) i copiant en el navegador la direcció URL que ens subministra l’app. Cal, però, que els dos aparells estiguin connectats a la mateixa xarxa.

♦ Si es mesura el radi de gir i la massa del telèfon mòbil és possible calcular l’acceleració normal i la força que es fa per subjectar l’aparell en el gir. Per exemple, en el cas de l’assecadora d’enciams tindríem:

Acceleració normal, an = r · ω2 = 0,06 x 202 = 24 m/s2

Força centrípeta feta per l’assecadora, Fc = m · an = 0,143 x 24 = 3,4 N

Ja que la velocitat angular era ω = 20 rad/s, el radi de gir, r = 0,06 m i la massa del mòbil, m = 0,143 kg

♦ Si en enviar les dades, per correu electrònic o el mitjà que vulgueu per a tractar-les posteriorment en un ordinador o passar-les a un company, ho feu en format .csv us recomano que seleccioneu la possibilitat de separar els valors per punts i comes (i no comes) i de marcar els decimals amb una coma (i no amb un punt) ja que així no tindreu problemes amb els aplicatius de tractament de dades i fulls de càlcul que estiguin en la llengua catalana o castellana.

En la velocitat de recollida de dades l’aplicació Physics Toolbox és més versatil que la PhyPhox ja que la primera permet en el menú escollir la velocitat amb la que es prenen els valors, mentre que en la segona no, de manera que el maneig de les dades de PhyPhox en un full de càlcul és més feixuc per la gran quantitat de dades per segon que subministra.


 

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out /  Canvia )

Google photo

Esteu comentant fent servir el compte Google. Log Out /  Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out /  Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out /  Canvia )

S'està connectant a %s

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir els comentaris brossa. Apreneu com es processen les dades dels comentaris.