{{< youtube Jgzym7tplVU >}}
+Der Luftdrucksensor kann genutzt werden um Höhendifferenzen zu +erfassen. Dies kann insbesondere in Aufzügen sehr anschaulich genutzt +werden, deren zurückgelegte Höhendifferenz sowie Geschwindigkeit +ermittelt werden kann. So ist sowohl eine Diskussion der barometrischen +Höhenformel als auch der Kinematik möglich. Die hier dargestellten +Experimentideen lassen sich auch auf andere Situationen übertragen, in +denen ein signifikanter Höhenunterschied erreicht wird (z.B. +Treppensteigen, Fahrt auf einem Riesenrad, Seilzug über mehrere Etagen +usw.)
+In diesem Experiment wird der Luftdrucksensor genutzt um +Höhenunterschiede eines sich bewegenden Objekts zu ermitteln, so dass es +auf drei Arten eingesetzt werden kann: - Es kann der Zusammenhang +zwischen Luftdruck und Höhe, also die barometrische Höhenformel +behandelt werden. In dem Fall bietet es sich an, nicht die in phyphox +integrierte Konfiguration „Aufzug“ zu verwenden, sondern direkt über +„Luftdruck“ die Rohdaten des Sensors aufzuzeichnen und den Lernenden die +Umrechnung zu überlassen, bzw. die Werte mit einer Referenz (z.B. +Messung mit Lot, Abzählen von Stockwerken, GPS-Messung (teuils sehr +ungenau), bekannte Gebäudehöhe, usw.) zu vergleichen. - Es kann die +Kinematik, insbesondere s-t-, v-t- und a-t-Diagramme anhand eines +alltäglichen Vorgangs veranschaulicht werden. Hierzu wird die in phyphox +integrierte Konfiguration „Aufzug” genutzt, die die Umrechnung des +Luftdrucks in eine Höhendifferenz übernimmt und in Verbindung mit dem +Beschleunigungssensor als s-t-, v-t- und a-t-Diagramme visualisiert. Die +Lernenden können mit dem Aufzug fahren und in Echtzeit sehen, wie die +Graphen zur Bewegung des Fahrstuhls entstehen. - Das Experiment kann als +Werkzeug zur Höhenbestimmung in anderen Experimenten genutzt werden. +Hier muss mit einer gewissen Drift gerechnet werden, aber insbesondere +mit wiederholter Messung sind Genauigkeiten von etwa einem Meter +erreichbar, was in der Regel genauer ist als die in der Vertikalen recht +ungenaue GPS-Position und den Vorteil bietet, auch in Gebäuden und +Fahrzeugen zu funktionieren.
+Die Messung kann alleine mit dem Smartphone jederzeit begonnen werden +und dauert nur so lange wie der zu messende Vorgang. Sollen die +Lerndenden die Berechnung der barometrischen Höhenformel selbst durch +führen, ist hierfür Zeit einzuplanen.
+Bei Nutzung eines Aufzugs ist kein Aufbau notwendig. Bei Alternativen +(Flaschenzug bzw. herablassen des Smartphones an einem Seil) sind +entsprechende Vorbereitungen notwendig.
+In phyphox muss lediglich die Konfiguration „Aufzug“ oder für +Rohdaten „Luftdruck“ geöffnet werden. Auch hier sind keine weiteren +Einstellungen notwendig.
+Öffne je nach Ziel des Versuchs die in phyphox integrierte +Konfiguration „Aufzug“ (zur automatischen Berechnung von s-t-, v-t- und +a-t-Diagrammen) oder „Luftdruck“ (um Rohdaten des Sensors +aufzuzeichnen). Begib dich in den Aufzug un platziere das Smartphone auf +dem Boden. Starte die Messung mit dem Dreieck-Symbol oben rechts und +wähle im Aufzug eine Etage. Stoppe die Messung am Ende der Fahrt mit der +Pause-Taste (parallele Linien).
+Je nach Beadrf und Aufgabenstellung.
+Die Konfiguration „Aufzug“ nutzt die „internationale Höhenformel“ um +den Luftdruck + +in eine Höhe + +umzurechnen.
+ +Da der Absolutwert unter anderem metereologischen Schwankungen +unterliegt, wird der erste Messwert als Referenz genutzt und auf die +Höhe Null gesetzt, so dass in Folge eine Höhendifferenz bestimmt wird. +Zudem mittelt diese Konfiguration die Druckmessungen in Intervallen von +1s um das Rauschen zu reduzieren, auch wenn der verbaute Luftdrucksensor +höhere Raten unterstützt.
+Das a-t- Diagramm entspricht den Rohdaten der z-Achse (senkrecht zum +Bildschirm) des Beschleunigungssensors.
+Dieses Experiment erlaubt viele Variationen wie beispielsweise der +Einsatz beim Treppensteigen, mit Seilzügen oder aber auch mit +Smartphones, die an einer Drohne befestigt werden. Ebenso spannend sind +Freizeitparkattraktionen wie Riesenräder oder Falltürme. Zu beachten +ist, dass abhängig vom verwendeten Smartphone oder Tablet eine Auflösung +von etwa einem Meter Höhenunterschied möglich ist und oft eine zeitliche +Drift zu erkennen ist. Entsprechend sind Höhenunterschiede innerhalb +eines Raumes meist nicht sinnvoll messbar, sondern man sollte Systeme +suchen, die eine Beweugung über mehrere Etagen / mehrere Meter +erzeugen.
+Es sind derzeit keine Arbeitsblätter verfügbar. Eventuell findest du +in anderen Sprachen dieser Seite Arbeitsblätter, die übersetzt werden +können.
+Wir freuen uns immer, wenn du Arbeitsblätter mit uns und anderen +Nutzern teilst. Kontaktiere uns einfach unter contact@phyphox.org.
+ + diff --git a/content/de/instructions/aufzug/generated/aufzug.latex b/content/de/instructions/aufzug/generated/aufzug.latex new file mode 100644 index 0000000..8659d7a --- /dev/null +++ b/content/de/instructions/aufzug/generated/aufzug.latex @@ -0,0 +1,213 @@ +% Options for packages loaded elsewhere +\PassOptionsToPackage{unicode}{hyperref} +\PassOptionsToPackage{hyphens}{url} +\documentclass[ +]{article} +\usepackage{xcolor} +\usepackage{amsmath,amssymb} +\setcounter{secnumdepth}{-\maxdimen} % remove section numbering +\usepackage{iftex} +\ifPDFTeX + \usepackage[T1]{fontenc} + \usepackage[utf8]{inputenc} + \usepackage{textcomp} % provide euro and other symbols +\else % if luatex or xetex + \usepackage{unicode-math} % this also loads fontspec + \defaultfontfeatures{Scale=MatchLowercase} + \defaultfontfeatures[\rmfamily]{Ligatures=TeX,Scale=1} +\fi +\usepackage{lmodern} +\ifPDFTeX\else + % xetex/luatex font selection +\fi +% Use upquote if available, for straight quotes in verbatim environments +\IfFileExists{upquote.sty}{\usepackage{upquote}}{} +\IfFileExists{microtype.sty}{% use microtype if available + \usepackage[]{microtype} + \UseMicrotypeSet[protrusion]{basicmath} % disable protrusion for tt fonts +}{} +\makeatletter +\@ifundefined{KOMAClassName}{% if non-KOMA class + \IfFileExists{parskip.sty}{% + \usepackage{parskip} + }{% else + \setlength{\parindent}{0pt} + \setlength{\parskip}{6pt plus 2pt minus 1pt}} +}{% if KOMA class + \KOMAoptions{parskip=half}} +\makeatother +\setlength{\emergencystretch}{3em} % prevent overfull lines +\providecommand{\tightlist}{% + \setlength{\itemsep}{0pt}\setlength{\parskip}{0pt}} +\usepackage{bookmark} +\IfFileExists{xurl.sty}{\usepackage{xurl}}{} % add URL line breaks if available +\urlstyle{same} +\hypersetup{ + hidelinks, + pdfcreator={LaTeX via pandoc}} + +\author{} +\date{} + +\begin{document} + +\{\{\textless{} youtube Jgzym7tplVU \textgreater\}\} + +\subsection{Überblick}\label{uxfcberblick} + +Der Luftdrucksensor kann genutzt werden um Höhendifferenzen zu erfassen. +Dies kann insbesondere in Aufzügen sehr anschaulich genutzt werden, +deren zurückgelegte Höhendifferenz sowie Geschwindigkeit ermittelt +werden kann. So ist sowohl eine Diskussion der barometrischen +Höhenformel als auch der Kinematik möglich. Die hier dargestellten +Experimentideen lassen sich auch auf andere Situationen übertragen, in +denen ein signifikanter Höhenunterschied erreicht wird (z.B. +Treppensteigen, Fahrt auf einem Riesenrad, Seilzug über mehrere Etagen +usw.) + +\subsubsection{Abgedeckte Themen}\label{abgedeckte-themen} + +In diesem Experiment wird der Luftdrucksensor genutzt um +Höhenunterschiede eines sich bewegenden Objekts zu ermitteln, so dass es +auf drei Arten eingesetzt werden kann: - Es kann der Zusammenhang +zwischen Luftdruck und Höhe, also die barometrische Höhenformel +behandelt werden. In dem Fall bietet es sich an, nicht die in phyphox +integrierte Konfiguration „Aufzug`` zu verwenden, sondern direkt über +„Luftdruck`` die Rohdaten des Sensors aufzuzeichnen und den Lernenden +die Umrechnung zu überlassen, bzw. die Werte mit einer Referenz (z.B. +Messung mit Lot, Abzählen von Stockwerken, GPS-Messung (teuils sehr +ungenau), bekannte Gebäudehöhe, usw.) zu vergleichen. - Es kann die +Kinematik, insbesondere s-t-, v-t- und a-t-Diagramme anhand eines +alltäglichen Vorgangs veranschaulicht werden. Hierzu wird die in phyphox +integrierte Konfiguration „Aufzug'' genutzt, die die Umrechnung des +Luftdrucks in eine Höhendifferenz übernimmt und in Verbindung mit dem +Beschleunigungssensor als s-t-, v-t- und a-t-Diagramme visualisiert. Die +Lernenden können mit dem Aufzug fahren und in Echtzeit sehen, wie die +Graphen zur Bewegung des Fahrstuhls entstehen. - Das Experiment kann als +Werkzeug zur Höhenbestimmung in anderen Experimenten genutzt werden. +Hier muss mit einer gewissen Drift gerechnet werden, aber insbesondere +mit wiederholter Messung sind Genauigkeiten von etwa einem Meter +erreichbar, was in der Regel genauer ist als die in der Vertikalen recht +ungenaue GPS-Position und den Vorteil bietet, auch in Gebäuden und +Fahrzeugen zu funktionieren. + +\subsubsection{Benötigte Materialien}\label{benuxf6tigte-materialien} + +\begin{itemize} +\tightlist +\item + Smartphone oder Tablet mit phyphox, welches über einen Luftdrucksensor + verfügt. Dies ist bei allen Apple-Geräten der Fall und bei + Android-Geräten typischerweise ab der „mittleren Preisklasse`` (vgl. + \href{Sensordatenbank}{https://phyphox.org/sensordb}). +\item + Je nach Experiment etwas, was zu einer Höhendifferenz führt (Aufzug, + Rolltreppe, größerer Flaschenzug) +\end{itemize} + +\subsubsection{Zeitaufwand}\label{zeitaufwand} + +Die Messung kann alleine mit dem Smartphone jederzeit begonnen werden +und dauert nur so lange wie der zu messende Vorgang. Sollen die +Lerndenden die Berechnung der barometrischen Höhenformel selbst durch +führen, ist hierfür Zeit einzuplanen. + +\subsection{Aufbau}\label{aufbau} + +Bei Nutzung eines Aufzugs ist kein Aufbau notwendig. Bei Alternativen +(Flaschenzug bzw. herablassen des Smartphones an einem Seil) sind +entsprechende Vorbereitungen notwendig. + +In phyphox muss lediglich die Konfiguration „Aufzug`` oder für Rohdaten +„Luftdruck`` geöffnet werden. Auch hier sind keine weiteren +Einstellungen notwendig. + +\subsection{Durchführung}\label{durchfuxfchrung} + +Öffne je nach Ziel des Versuchs die in phyphox integrierte Konfiguration +„Aufzug`` (zur automatischen Berechnung von s-t-, v-t- und +a-t-Diagrammen) oder „Luftdruck`` (um Rohdaten des Sensors +aufzuzeichnen). Begib dich in den Aufzug un platziere das Smartphone auf +dem Boden. Starte die Messung mit dem Dreieck-Symbol oben rechts und +wähle im Aufzug eine Etage. Stoppe die Messung am Ende der Fahrt mit der +Pause-Taste (parallele Linien). + +\subsection{Datenanalyse}\label{datenanalyse} + +Je nach Beadrf und Aufgabenstellung. + +\begin{center}\rule{0.5\linewidth}{0.5pt}\end{center} + +\subsection{Physikalischer Hintergrund und +Analysedetails}\label{physikalischer-hintergrund-und-analysedetails} + +Die Konfiguration „Aufzug`` nutzt die „internationale Höhenformel`` um +den Luftdruck \(p\) in eine Höhe \(h\) umzurechnen. + +\[ +h = \frac{288,15\,\mathrm{K}}{0,0065\,\mathrm{\frac{K}{m}}}\left(1-\left(\frac{p(h)}{1013,25\,\mathrm{hPa}}\right)^{\frac{1}{5,255}}\right) +\] + +Da der Absolutwert unter anderem metereologischen Schwankungen +unterliegt, wird der erste Messwert als Referenz genutzt und auf die +Höhe Null gesetzt, so dass in Folge eine Höhendifferenz bestimmt wird. +Zudem mittelt diese Konfiguration die Druckmessungen in Intervallen von +1s um das Rauschen zu reduzieren, auch wenn der verbaute Luftdrucksensor +höhere Raten unterstützt. + +Das a-t- Diagramm entspricht den Rohdaten der z-Achse (senkrecht zum +Bildschirm) des Beschleunigungssensors. + +\subsection{Probleme und Lösungen}\label{probleme-und-luxf6sungen} + +\begin{itemize} +\tightlist +\item + \textbf{Das a-t-Diagramm ist zu verrauscht} Das a-t-Diagramm + entspricht der z-Achse des Beschleunigugnssensors, welche senkrecht + zum Bildschirm liegt. Entsprechend muss das Smartphone flach liegen + und darf nicht aufrecht gehalten werden. Zudem dominieren Vibrationen + leicht die vergleichsweise geringe Beschleunigung eines Aufzugs. In + diesen Fällen kann es helfen, das Smartphone nicht auf den Boden zu + legen, sondern in der Hand zu halten, oder auf einen weichen, leicht + dämpfenden Untergrund (Schaumstoff, Jacke,\ldots) zu legen. +\item + \textbf{Der Luftdruck / Höhenverlauf ist unerwartet.}\\ + Denke daran, dass die Messgröße Luftdruck auch anders beeinflusst + werden kann. In Fahrzeugen werden Höhenunterschiede beispielsweise + leicht durch Druckunterschiede in Tunneln oder den Staudruck über + Lüftungen (vgl. Pitot-Rohr) überlagert. In sehr schnellen Aufzügen + großer Gebäude sind teils Schächte zum Druckausgleich verbaut und das + Lüftungssystem eines Gebäudes kann ebenso unerwartete Einflüsse haben. + In größeren Passagierflugzeugen ist eine Höhenmessung unmöglich, dass + der Kabinendruck künstlich reguliert wird. +\item + \textbf{Der Luftruck zeigt plötliche Schwankungen} Sollte es sich um + ein wasserdichtes Smartphone handeln, kann der Druckausgleich zur + Umgebung nur langsam erfolgen. Drückt man auch nur leicht auf das + Gehäuse (schon beim Halten des Smartphones) kann eine kurzzeitige + Druckänderung im Gerät entstehen, die die Messung überlagert. +\end{itemize} + +\subsection{Variationen}\label{variationen} + +Dieses Experiment erlaubt viele Variationen wie beispielsweise der +Einsatz beim Treppensteigen, mit Seilzügen oder aber auch mit +Smartphones, die an einer Drohne befestigt werden. Ebenso spannend sind +Freizeitparkattraktionen wie Riesenräder oder Falltürme. Zu beachten +ist, dass abhängig vom verwendeten Smartphone oder Tablet eine Auflösung +von etwa einem Meter Höhenunterschied möglich ist und oft eine zeitliche +Drift zu erkennen ist. Entsprechend sind Höhenunterschiede innerhalb +eines Raumes meist nicht sinnvoll messbar, sondern man sollte Systeme +suchen, die eine Beweugung über mehrere Etagen / mehrere Meter erzeugen. + +\subsection{Arbeitsblätter / Material}\label{arbeitsbluxe4tter-material} + +Es sind derzeit keine Arbeitsblätter verfügbar. Eventuell findest du in +anderen Sprachen dieser Seite Arbeitsblätter, die übersetzt werden +können. + +Wir freuen uns immer, wenn du Arbeitsblätter mit uns und anderen Nutzern +teilst. Kontaktiere uns einfach unter contact@phyphox.org. + +\end{document} diff --git a/content/de/instructions/aufzug/generated/aufzug.odt b/content/de/instructions/aufzug/generated/aufzug.odt new file mode 100644 index 0000000..6351f29 Binary files /dev/null and b/content/de/instructions/aufzug/generated/aufzug.odt differ diff --git a/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.docx b/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.docx new file mode 100644 index 0000000..063a9e7 Binary files /dev/null and b/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.docx differ diff --git a/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.html b/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.html new file mode 100644 index 0000000..a36ea42 --- /dev/null +++ b/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.html @@ -0,0 +1,292 @@ + + + + + + +{{< youtube y-goBtfuXAM >}}
+The pressure sensor can be used to measure height differences. This +is particularly illustrative in elevators, where the height difference +traveled and the speed can be determined. This allows for a discussion +of both the barometric formula and kinematics. The experimental ideas +presented here can also be applied to other situations involving +significant height differences (e.g., climbing stairs, riding a Ferris +wheel, using a pulley over multiple floors, etc.).
+In this experiment, the air pressure sensor is used to measure the +height differences of a moving object. So the experiment can be employed +in three different ways: - The relationship between air pressure and +height, i.e., the barometric formula, can be explored. In this case, it +is advisable not to use the “Elevator” configuration integrated into +phyphox but to record the sensor’s raw data directly via “Pressure” and +let learners do the conversion or compare the values with a reference +(e.g., measurement with a plumb line, counting floors, GPS measurement +(sometimes very inaccurate), known building height, etc.). - Kinematics, +especially s-t, v-t, and a-t diagrams, can be illustrated using an +everyday process. The “Elevator” configuration integrated into phyphox +is used here, which converts air pressure into a height difference and +visualizes it as x-t, v-t, and a-t diagrams in conjunction with the +acceleration sensor. Learners can ride the elevator and see the graphs +of the elevator’s movement in real-time. - The experiment can be used as +a tool for height determination in other experiments. Some drift must be +expected here, but with repeated measurements, accuracies of about one +meter can be achieved, which is generally more accurate than the +relatively imprecise vertical GPS position and has the advantage of +working indoors and in vehicles.
+The measurement can be started at any time with just the smartphone +and lasts only as long as the process to be measured. If learners are to +perform the calculation of the barometric formula themselves, time must +be allocated for this.
+No setup is necessary when using an elevator. For alternatives +(pulley or lowering the smartphone on a rope), corresponding +preparations are necessary.
+In phyphox, only the “Elevator” or for raw data “Pressure” +configuration needs to be opened. No further settings are necessary.
+Depending on the experiment’s goal, open the “Elevator” (for +automatic calculation of x-t, v-t, and a-t diagrams) or “Pressure” (to +record raw sensor data) configuration integrated into phyphox. Enter the +elevator and place the smartphone on the floor. Start the measurement +with the triangle symbol at the top right and select a floor in the +elevator. Stop the measurement at the end of the ride with the pause +button (parallel lines).
+Depending on the requirements and task.
+The “Elevator” configuration uses the “international barometric +formula” to convert air pressure + +into height +.
+ +Since the absolute value is subject to meteorological fluctuations, +the first measurement value is used as a reference and set to zero +height, so a height difference can be determined subsequently. +Additionally, this configuration averages the pressure measurements in +1-second intervals to reduce noise, even if the built-in air pressure +sensor supports higher rates.
+The a-t diagram corresponds to the raw data of the z-axis +(perpendicular to the screen) of the acceleration sensor.
+The a-t diagram is too noisy The a-t diagram +corresponds to the z-axis of the acceleration sensor, which is +perpendicular to the screen. Thus, the smartphone must lie flat and +should not be held upright. Additionally, vibrations can easily dominate +the relatively low acceleration of an elevator. In such cases, it may +help to hold the smartphone in hand or place it on a soft, slightly +damping surface (foam, jacket, etc.).
The air pressure/height profile is unexpected. +Remember that air pressure as a measurement can be influenced by other +factors. For example, in vehicles, height differences can be slightly +overlaid by pressure differences in tunnels or the dynamic pressure over +vents (cf. Pitot tube). In very fast elevators of large buildings, +shafts for pressure equalization are sometimes installed, and the +building’s ventilation system can also have unexpected influences. In +larger passenger aircraft, height measurement is impossible because the +cabin pressure is artificially regulated.
The air pressure shows sudden fluctuations If it +is a waterproof smartphone, pressure equalization with the surroundings +may occur slowly. Even lightly pressing on the housing (just when +holding the smartphone) can cause a brief pressure change inside the +device, overlaying the measurement.
This experiment allows for many variations, such as using it while +climbing stairs, with pulleys, or even with smartphones attached to a +drone. Amusement park attractions like Ferris wheels or drop towers are +also interesting subjects. Note that depending on the smartphone or +tablet used, a resolution of about one meter height difference is +possible, and a temporal drift is often noticeable. Therefore, height +differences within a room are usually not measurable, and one should +look for systems that involve movement over several floors/several +meters.
+We are always happy to receive and share your worksheets. Get in +touch with us at contact@phyphox.org
+ + diff --git a/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.latex b/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.latex new file mode 100644 index 0000000..573b81a --- /dev/null +++ b/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.latex @@ -0,0 +1,207 @@ +% Options for packages loaded elsewhere +\PassOptionsToPackage{unicode}{hyperref} +\PassOptionsToPackage{hyphens}{url} +\documentclass[ +]{article} +\usepackage{xcolor} +\usepackage{amsmath,amssymb} +\setcounter{secnumdepth}{-\maxdimen} % remove section numbering +\usepackage{iftex} +\ifPDFTeX + \usepackage[T1]{fontenc} + \usepackage[utf8]{inputenc} + \usepackage{textcomp} % provide euro and other symbols +\else % if luatex or xetex + \usepackage{unicode-math} % this also loads fontspec + \defaultfontfeatures{Scale=MatchLowercase} + \defaultfontfeatures[\rmfamily]{Ligatures=TeX,Scale=1} +\fi +\usepackage{lmodern} +\ifPDFTeX\else + % xetex/luatex font selection +\fi +% Use upquote if available, for straight quotes in verbatim environments +\IfFileExists{upquote.sty}{\usepackage{upquote}}{} +\IfFileExists{microtype.sty}{% use microtype if available + \usepackage[]{microtype} + \UseMicrotypeSet[protrusion]{basicmath} % disable protrusion for tt fonts +}{} +\makeatletter +\@ifundefined{KOMAClassName}{% if non-KOMA class + \IfFileExists{parskip.sty}{% + \usepackage{parskip} + }{% else + \setlength{\parindent}{0pt} + \setlength{\parskip}{6pt plus 2pt minus 1pt}} +}{% if KOMA class + \KOMAoptions{parskip=half}} +\makeatother +\setlength{\emergencystretch}{3em} % prevent overfull lines +\providecommand{\tightlist}{% + \setlength{\itemsep}{0pt}\setlength{\parskip}{0pt}} +\usepackage{bookmark} +\IfFileExists{xurl.sty}{\usepackage{xurl}}{} % add URL line breaks if available +\urlstyle{same} +\hypersetup{ + hidelinks, + pdfcreator={LaTeX via pandoc}} + +\author{} +\date{} + +\begin{document} + +\{\{\textless{} youtube y-goBtfuXAM \textgreater\}\} + +\subsection{Overview}\label{overview} + +The pressure sensor can be used to measure height differences. This is +particularly illustrative in elevators, where the height difference +traveled and the speed can be determined. This allows for a discussion +of both the barometric formula and kinematics. The experimental ideas +presented here can also be applied to other situations involving +significant height differences (e.g., climbing stairs, riding a Ferris +wheel, using a pulley over multiple floors, etc.). + +\subsubsection{Topics covered}\label{topics-covered} + +In this experiment, the air pressure sensor is used to measure the +height differences of a moving object. So the experiment can be employed +in three different ways: - The relationship between air pressure and +height, i.e., the barometric formula, can be explored. In this case, it +is advisable not to use the ``Elevator'' configuration integrated into +phyphox but to record the sensor's raw data directly via ``Pressure'' +and let learners do the conversion or compare the values with a +reference (e.g., measurement with a plumb line, counting floors, GPS +measurement (sometimes very inaccurate), known building height, etc.). - +Kinematics, especially s-t, v-t, and a-t diagrams, can be illustrated +using an everyday process. The ``Elevator'' configuration integrated +into phyphox is used here, which converts air pressure into a height +difference and visualizes it as x-t, v-t, and a-t diagrams in +conjunction with the acceleration sensor. Learners can ride the elevator +and see the graphs of the elevator's movement in real-time. - The +experiment can be used as a tool for height determination in other +experiments. Some drift must be expected here, but with repeated +measurements, accuracies of about one meter can be achieved, which is +generally more accurate than the relatively imprecise vertical GPS +position and has the advantage of working indoors and in vehicles. + +\subsubsection{Required Materials}\label{required-materials} + +\begin{itemize} +\tightlist +\item + Smartphone or tablet with phyphox, equipped with a pressure sensor. + This is the case for all Apple devices and typically for Android + devices from the ``mid-range'' category (see + \href{Sensor\%20Database}{https://phyphox.org/sensordb}). +\item + Depending on the experiment, something that leads to a height + difference (elevator, escalator, larger pulley) +\end{itemize} + +\subsubsection{Time effort}\label{time-effort} + +The measurement can be started at any time with just the smartphone and +lasts only as long as the process to be measured. If learners are to +perform the calculation of the barometric formula themselves, time must +be allocated for this. + +\subsection{Setup}\label{setup} + +No setup is necessary when using an elevator. For alternatives (pulley +or lowering the smartphone on a rope), corresponding preparations are +necessary. + +In phyphox, only the ``Elevator'' or for raw data ``Pressure'' +configuration needs to be opened. No further settings are necessary. + +\subsection{Execution}\label{execution} + +Depending on the experiment's goal, open the ``Elevator'' (for automatic +calculation of x-t, v-t, and a-t diagrams) or ``Pressure'' (to record +raw sensor data) configuration integrated into phyphox. Enter the +elevator and place the smartphone on the floor. Start the measurement +with the triangle symbol at the top right and select a floor in the +elevator. Stop the measurement at the end of the ride with the pause +button (parallel lines). + +\subsection{Data analysis}\label{data-analysis} + +Depending on the requirements and task. + +\subsection{Physics background and analysis +details}\label{physics-background-and-analysis-details} + +The ``Elevator'' configuration uses the ``international barometric +formula'' to convert air pressure \(p\) into height \(h\). + +\[ +h = \frac{288.15\,\mathrm{K}}{0.0065\,\mathrm{\frac{K}{m}}}\left(1-\left(\frac{p(h)}{1013.25\,\mathrm{hPa}}\right)^{\frac{1}{5.255}}\right) +\] + +Since the absolute value is subject to meteorological fluctuations, the +first measurement value is used as a reference and set to zero height, +so a height difference can be determined subsequently. Additionally, +this configuration averages the pressure measurements in 1-second +intervals to reduce noise, even if the built-in air pressure sensor +supports higher rates. + +The a-t diagram corresponds to the raw data of the z-axis (perpendicular +to the screen) of the acceleration sensor. + +\subsection{Problems and Solutions}\label{problems-and-solutions} + +\begin{itemize} +\item + \textbf{The a-t diagram is too noisy} The a-t diagram corresponds to + the z-axis of the acceleration sensor, which is perpendicular to the + screen. Thus, the smartphone must lie flat and should not be held + upright. Additionally, vibrations can easily dominate the relatively + low acceleration of an elevator. In such cases, it may help to hold + the smartphone in hand or place it on a soft, slightly damping surface + (foam, jacket, etc.). +\item + \textbf{The air pressure/height profile is unexpected.} Remember that + air pressure as a measurement can be influenced by other factors. For + example, in vehicles, height differences can be slightly overlaid by + pressure differences in tunnels or the dynamic pressure over vents + (cf.~Pitot tube). In very fast elevators of large buildings, shafts + for pressure equalization are sometimes installed, and the building's + ventilation system can also have unexpected influences. In larger + passenger aircraft, height measurement is impossible because the cabin + pressure is artificially regulated. +\item + \textbf{The air pressure shows sudden fluctuations} If it is a + waterproof smartphone, pressure equalization with the surroundings may + occur slowly. Even lightly pressing on the housing (just when holding + the smartphone) can cause a brief pressure change inside the device, + overlaying the measurement. +\end{itemize} + +\subsection{Variations}\label{variations} + +This experiment allows for many variations, such as using it while +climbing stairs, with pulleys, or even with smartphones attached to a +drone. Amusement park attractions like Ferris wheels or drop towers are +also interesting subjects. Note that depending on the smartphone or +tablet used, a resolution of about one meter height difference is +possible, and a temporal drift is often noticeable. Therefore, height +differences within a room are usually not measurable, and one should +look for systems that involve movement over several floors/several +meters. + +\subsection{Worksheets / material}\label{worksheets-material} + +\begin{itemize} +\tightlist +\item + Worksheet by Solmaz Khodaeifaal (Simon Fraser University): + \href{files/elevator_khodaeifaal.docx}{docx}, + \href{files/elevator_khodaeifaal.pdf}{pdf} +\end{itemize} + +We are always happy to receive and share your worksheets. Get in touch +with us at contact@phyphox.org + +\end{document} diff --git a/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.odt b/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.odt new file mode 100644 index 0000000..4573336 Binary files /dev/null and b/content/en/instructions/elevator/generated/elevator.odt differ