Vermessung Höhe eines Raumes mit einem Beschleunigungs-Höhen-Sensor

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Vorbereitung: ca. 1 Stunde, Durchführung: ca. 20 min
Themenbereich:Wärmelehre
Versuchsart:Quantitativ
Einsatz:Weiterführung
Arbeitsform:Demoversuch
Messwert­erfassung:Digital

Versuchsziel

Mit einem Sensor, der sowohl die Höhe als auch die Beschleunigung misst, wird die Höhe eines Raumes bestimmt.

Material

  • robuste bzw. gegen starken Aufprall geschützte Sensoren, mit denen die Bescheleunigung und die Höhe gemessen werden kann (hier: PASCO Wireless 3-Axis Acceleration/Altimeter (PS-3223))

  • Computer mit zum Sensor kompatiblen Software zur Verarbeitung und Visualisierung der Messwerte (hier: PASCO SPARKVue)

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Verwendeter Sensor: PASCO wireless acceleration altimeter PS-3223

Versuchsaufbau

Auf einem Computer wird die Software (hier PASCO SPARKVue) geöffnet und der Sensor (hier: PASCO Wireless 3-Axis Acceleration/Altimeter (PS-3223)) per Bluetooth mit dem Computer verbunden.

Bei den Darstellungsoptionen wird die grafische Darstellung der Messwerte gegen die Zeit ausgewählt und die beiden Messgrößen "Acceleration - resultant" und "Altitude" ausgewählt. Als Abtastrate wird 200 Hz gewählt.

Durchführung

Die Messung wird gestartet und der Sensor so beschleunigt, dass er eine Flugbahn einnimmt, die es ermöglicht, dass der Sensor an dem Ort der Decke aufprallt, den man zur Bestimmung der Höhe des Raumes ausgewählt hat. Nachdem der Sonsor wieder den Boden des Raumes erreicht hat und dort liegen geblieben ist (er wird ein paar mal springen) wird die Messung gestoppt. Es bietet sich an, die aufgenommenen Messwerte möglichst formatfüllend auf dem zur Verfügung stehenden Bildschirm darzustellen.

Beobachtung

Im Diagramm erkennt man die Beschleunigung des Sensors gegen die Raumdecke an der blauen Kurve bei etwa 1,8 Sekunden. Bei etwa 2,55 Sekunden prallt der Sensor gegen die obere Begrenzung des Raumes (hier die Hörsaaldecke), was an der starken Beschleunigung (blaue Kurve) zu erkennen ist. Anschließend fällt der Sensor zu Boden, wobei er beim Aufprall wiederum eine starke Beschleunigung erfährt (blaue Kurve bei etwa 3,6 Sekunden). An der roten Kurve können zu den Zeiten der starken Beschleunigungen bei 2,55 Sekunden und 3,6 Sekunden die korrespondierenden Höhen abgelesen und deren Differenz gebildet werden. Bei der verwendeten Software SPARKVue wurde der Bereich der Messwerte, die für die Auswertung herangezogen wurden, markiert und die Anzeige der Maximal- und Minimalwerte der Höhe eingeblendet (hier: 62,469 m und 68,457 m).

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Diagramm in PASCO SparkVue der Beschleunigung und der Höhe eines Sensors in Abhängigkeit von der Zeit

Ergebnis

Die Höhe des Hörsaals entspricht an der gemessenen Stelle der Differenz der gemessenen Höhen:

H = (68,457- 62,469) m = 5,988 m.

Im Datenblatt zum Sensor wurde keine Messgenauigkeit angegeben.

Da die Messgenauigkeit nicht bekannt ist, geben wir die Höhe des Hörsaals mit 6 Metern an.

Tipps und Tricks

  • Der Sensor springt in der Schutzhülle in nicht vorhersehbare Richtungen. Daher unbedingt den Raum nach Stellen absuchen, in die der Sensor verschwinden könnte und diese ggf. abdecken.

  • Das Werfen gegebenenfalls einüben.

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