Physik ganz smart
Die Gesetze der Welt mit dem Smartphone entdecken
- 2019
- Buch
- Herausgegeben von
- Prof. Dr. Jochen Kuhn
- Dr. Patrik Vogt
- Verlag
- Springer Berlin Heidelberg
Über dieses Buch
Im vorliegenden Buch werden rund 50 physikalische Experimente vorgestellt, in denen Smartphones oder Tablet-Computer zur Messwerterfassung genutzt werden. Die Autoren decken zahlreiche Themenfelder der Physik ab: Kinematik und Dynamik, Hydrostatik und -Dynamik, Mechanische Schwingungen und Wellen, Akustik, Elektrodynamik und Radioaktivität. Leserinnen und Leser untersuchen beispielsweise mit den Beschleunigungssensoren des Smartphones den freien Fall, messen die Flügelschlagfrequenz von Insekten, bestimmen die Klopfspecht-Art mithilfe ihrer Akustik und untersuchen, wie stark unterschiedliche Materialien radioaktive Strahlung abschirmen. Für jedes Experiment wird der theoretische Hintergrund, die Versuchsdurchführung und -Auswertung besprochen. Eine Aufstellung der genutzten Apps, einschließlich Bezugsquellen und Hinweise zu anfallenden Kosten, ist am Ende des Buches aufgelistet.
Alle vorgestellten Experimente sind bewusst als Einzelbeiträge verfasst und können somit unabhängig voneinander gelesen und erprobt werden. Dadurch ist man nicht an die vorgegebene Reihenfolge gebunden und kann sich beim Durcharbeiten des Buches allein von den persönlichen Interessen leiten lassen.
Das Buch richtet sich an alle Dozierenden des Fachs Physik, Studierende des Lehramts, Referendarinnen und Referendare, ausgebildete Lehrerinnen und Lehrer und hilft bei der Unterrichtsgestaltung, Ideenfindung und letztendlich Einbindung moderner Medien im Physikunterricht.
Die Herausgeber
Prof. Dr. Jochen Kuhn hat 2002 an der Universität Koblenz-Landau promoviert und dort 2009 habilitiert. Er ist seit 2012 Universitätsprofessor an der Technischen Universität Kaiserslautern und Leiter der Arbeitsgruppe „Didaktik der Physik“. Sein Arbeits- und Forschungsschwerpunkt ist das fachbezogene Lehren und Lernen mit digitalen Medien in Schule und Hochschule.
Dr. Patrik Vogt hat sich nach einem Lehramtsstudium in Landau und dem Referendariat in Kaiserslautern im Jahr 2010 am Fachbereich „Natur- und Umweltwissenschaften“ der Universität Koblenz-Landau mit einer Arbeit zur Physikdidaktik promoviert. Nach mehreren Stationen als wissenschaftlicher Mitarbeiter und Realschullehrer leitet er seit 2019 den Fachbereich „Medienbildung, Mathematik, Naturwissenschaften“ am Institut für Lehrerfort- und -weiterbildung in Mainz. Seine Arbeitsschwerpunkte bilden die Einsatzmöglichkeiten mobiler Endgeräte im Physikunterricht, speziell als Messinstrument, die Aufgabenkultur sowie die Physik des Alltags.
Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Kapitel 1. Smartphone und Tablet-PC als mobiles Mini-Labor
Jochen Kuhn, Patrik VogtZusammenfassungSmartphone und Tablet-PC gehören mehr und mehr zum Alltag speziell der jungen Generation. Auch in Schulen hält der Tablet-PC zunehmend Einzug, wobei die Nutzung der Geräte bisher primär als Notebook-Ersatz erfolgt (z. B. als Cognitive Tool, zu Recherchezwecken, und für Standardanwendungen). Doch Smartphones bringen im Schulalltag auch einige Probleme mit sich. Bedenkt man allerdings die technischen Möglichkeiten und die große Vertrautheit der Lernenden mit den Geräten, so lässt sich erkennen, dass ein zielgerichteter Einsatz dieser Medien den Unterricht durchaus bereichern kann. -
Kapitel 2. Kinematik und Dynamik
Patrik Vogt, Sebastian Becker, Pascal Klein, Stefan Küchemann, Jochen Kuhn, Oliver Schwarz, Michael TheesZusammenfassungIm Gegensatz zu Geschwindigkeiten, können wir Beschleunigungen nur sehr schwer einschätzen, was ihre objektive Messung besonders interessant macht. Die Möglichkeiten sind dabei sehr vielfältig und reichen von Beschleunigungsmessungen im Bereich der Technik, über Beschleunigungen im Sport bis hin zu Beschleunigungen im Tierreich. Bemerkenswert und didaktisch besonders interessant ist dabei, dass die meisten Bewegungen in Natur und Technik mit näherungsweise konstanter Beschleunigung ablaufen. Dies bietet die Möglichkeit, bei der experimentellen Erarbeitung gleichmäßig beschleunigter Bewegungen auf reale Alltagssituationen zurückzugreifen, anstatt auf aufwendige und kontextfreie Laborexperimente (Abschn. 2.1.1.2). -
Kapitel 3. Hydrostatik und Hydrodynamik
Patrik Vogt, Lutz Kasper, Pascal KleinZussamenfassungDie Eigenschaften der untersten Atmosphärenschicht, der Troposphäre, sind für das Leben auf der Erde von größter Bedeutung. Ihre Untersuchung bis in ein Höhe von ca. 250 m ist Gegenstand des hier beschriebenenExperiments, in welchem die Abnahme des Luftdrucks mit der Höhe analysiert wird. -
Kapitel 4. Mechanische Schwingungen und Wellen
Jochen Kuhn, Sebastian Becker, Nils Cullmann, Stefan Küchemann, Eva Rexigel, Michael TheesZusammenfassungIn diesem Abschnitt wird der Beschleunigungssensor eines Smartphones genutzt, um die Radial- und Tangentialbeschleunigung eines Pendels zu messen. Das Smartphone wird in diesem Experiment an zwei dünnen Fäden aufgehängt und so als Pendel verwendet. Im Ergebnis wird der Einfluss von Zentrifugal- und Erdbeschleunigung auf die Radialbeschleunigung und der Zusammenhang zwischen Amplitude und Tangentialbeschleunigung deutlich. Darüber hinaus wird beim Vergleich des theoretischen Wertes der Schwingungsperiode aus der Kleinwinkelnäherung mit der Periode der Beschleunigung ersichtlich, wie sich der gemessene Wert dem theoretischen Wert bei kleinen Amplituden annähert. Dieser Abschnitt orientiert sich an. -
Kapitel 5. Akustik
Patrik Vogt, Michael Hirth, Lutz Kasper, Pascal Klein, Stefan Küchemann, Jochen KuhnZusammenfassungMithilfe der App Audio Kit oder anderen Schallanalyse-Apps können Schallsignale analysiert und Töne definierter Frequenz generiert werden. Durch die Möglichkeit, Oszillogramme und Frequenzspektren darzustellen, Schallpegel zu messen und Töne zu erzeugen, ergeben sich vielfältige Experimentiermöglichkeiten im Themenbereich Akustik. An dieser Stelle soll die Untersuchung verschiedener Schallarten ausführlicher beschrieben werden. -
Kapitel 6. Von Licht über Magnetfeld bis zur Radioaktivität
Patrik Vogt, Pascal Klein, Sebastian Gröber, Michael TheesZusammenfassungBeleuchtungsstärkesensoren (ALS = Ambient Light Sensor) werden in Smartphones und Tablet-PCs integriert, um durch eine Messung des Umgebungslichtes die Bildschirmhelligkeit des Geräts an diese anzupassen. Mithilfe spezieller Apps kann die Beleuchtungsstärke in Echtzeit angezeigt oder auch zeitabhängig dargestellt werden. In diesem Beitrag wird ein Versuch dargestellt, der den ALS eines Tablet-PCs nutzt, um die Abstrahlungscharakteristik I(ϑ) eines Smartphones zu ermitteln. -
Kapitel 7. Übersicht der verwendeten Apps
Jochen Kuhn, Patrik VogtZussamenfassungDie meisten im Buch verwendeten Apps gehen aus der untenstehenden Tabelle hervor. Hierbei ist zu beachten, dass für ein und dasselbe Experiment eine Vielzahl von Apps zum Einsatz kommen kann. Somit ist es nicht erforderlich, die im jeweiligen Abschnitt genannte App zu nutzen. Beispielsweise ist es völlig irrelevant, ob zur Darstellung eines Frequenzspektrums die App „Spektroskop“ oder die App „Schallanalysator“ genutzt wird. Möchte man die Experimente im Unterricht einsetzen, so ist eine App von Vorteil, welche für iOS und Android kostenfrei bezogen werden kann. -
Backmatter
- Titel
- Physik ganz smart
- Herausgegeben von
-
Prof. Dr. Jochen Kuhn
Dr. Patrik Vogt
- Copyright-Jahr
- 2019
- Verlag
- Springer Berlin Heidelberg
- Electronic ISBN
- 978-3-662-59266-3
- Print ISBN
- 978-3-662-59265-6
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-662-59266-3
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