Два смартфони та рулетка: це все, що треба для точного вимірювання швидкості звука — Фото: MakeUseOf

Є лише кілька компонентів смартфона, які цікавлять пересічного користувача, і список зазвичай починається з процесора, акумулятора та екрана. Тоді як про нішеві сенсори на кшталт гіроскопа чи датчика наближення майже ніхто не думає, вони є одними з найважливіших частин пристрою.

Саме вони забезпечують ключові функції, яких ви навіть не помічаєте, — наприклад, автоматичний поворот екрана або затемнення дисплея, коли ви притискаєте телефон до вуха під час дзвінка. Сенсори смартфона — це приховані інструменти, якими можна користуватися для вирішення повсякденних завдань або проведення реальних експериментів. Сторонні застосунки на кшталт Physics Toolbox або Phyphox розкривають ці інструменти, дозволяючи використовувати їх на власний розсуд.

MakeUseOf перевірили це — і довели, що смартфон здатний використовувати гідролокатор (сонар) — так, той самий сонар — щоб визначати відстань до об’єктів за допомогою швидкості звуку. За наявності двох телефонів можна навіть виміряти, як швидко поширюються звукові хвилі, — за допомогою інструмента Acoustic Stopwatch у Phyphox.

І сонар, і Acoustic Stopwatch доступні у застосунку Phyphox абсолютно безкоштовно. Phyphox дозволяє використовувати апаратні сенсори смартфона для реальних фізичних експериментів. Застосунок розроблено в 2-му Інституті фізики A при RWTH Aachen University. Він підтримує роботу з акселерометром, магнетометром, гіроскопом, датчиком тиску, мікрофоном, датчиком наближення та GPS.

Сонар для вимірювання відстані

Sonar розшифровується як “звукова навігація і дальноміряння” (sound navigation and ranging); він працює, надсилаючи короткі звукові імпульси, які потім відбиваються від фізичного об’єкта у вашому оточенні. Оскільки відомо, що швидкість звуку становить приблизно 340 метрів на секунду, можна оцінити відстань до об’єкта, вимірявши час, необхідний для повернення відбитого звуку.

У вашому телефоні є динамік і мікрофон, тому він може випромінювати “сигнал”, який потім відбивається від поверхонь у навколишньому середовищі і фіксується мікрофоном після повернення. Час, який для цього потрібен, помножений на швидкість звуку і поділений на два, вказує на відстань до об’єкта.

Для кращих результатів потрібне контрольоване середовище. Якщо просто скористатися смартфоном у звичайній кімнаті, випромінювані сигнали відбиватимуться від кожної близько розташованої поверхні, що дасть недосконалий результат.

Потрібно якомога менше навколишнього шуму, і створити таке середовище можна, спорудивши екран для блокування небажаних відображень. Саморобний екран із підручних матеріалів може включати пінопластову упаковку, подушки з дивана або одяг.
Нарешті, потрібен відбивний об’єкт — наприклад, тарілка — спрямований у бік динаміка й мікрофона телефона. За допомогою екрана оточіть телефон з усіх боків, крім того, що звернений до відбивача.

Потім відкрийте застосунок Phyphox і запустіть експеримент Sonar. Розмістіть телефон у саморобному екрані так, щоб застосунок фіксував лише ті відлуння й відображення, які ви хочете записати. На графіку відстані в режимі реального часу з’являтимуться піки в міру того, як застосунок випромінює сигнали.

Застосунок виконує обчислення самостійно, представляючи результат у вигляді графіка відстані, а не графіка часу. Можна переміщати відбивний об’єкт ближче або далі й спостерігати, як застосунок обчислює різні відстані в кількох тестах.

Спробуйте акустичний секундомір для вимірювання звуку

Щоб виміряти точну швидкість звуку, потрібно скористатися функцією Acoustic Stopwatch у Phyphox. По суті, вона працює з двома телефонами і рулеткою для точного визначення швидкості звукових хвиль.

Acoustic Stopwatch запускається, коли фіксує досить гучний звук, і зупиняється, коли виявляє другий звук аналогічної гучності. Отже, розмістіть два телефони на певній відстані один від одного і виміряйте точно, як далеко вони знаходяться.

Потім запустіть тест Acoustic Stopwatch. Переконайтеся, що навколишній шум не запускає і не зупиняє секундомір випадково — для цього підвищте рівень порога звуку. Коли фоновий шум перестане запускати секундомір, починайте тест. Поставте по одній людині біля кожного телефона й плескайте по черзі. Перший хлопок запустить обидва секундоміри, а другий — зупинить їх.

Хитрість полягає в тому, що перший хлопок запустить перший телефон раніше за другий, а другий хлопок зупинить другий телефон раніше за перший. На двох телефонах буде два різних виміряних часи. Затримку між кожним телефоном можна обчислити, розділивши відстань між телефонами на швидкість звуку.

Використовуючи це значення, можна помножити відстань між телефонами на два і поділити результат на щойно обчислену затримку. Це дасть точну швидкість звуку.
Це дотепний математично-фізичний експеримент, для якого потрібні лише два телефони і рулетка. Якщо щось незрозуміло, рекомендую переглянути відео Phyphox на YouTube вище. Команда, що стоїть за безкоштовним застосунком, дуже добре демонструє, як усе це працює в реальних тестах.

Що ще можна робити з апаратними сенсорами?

Спробувавши ці тести самостійно, ви наочно переконаєтеся, як смартфон (або два) можна використовувати для вимірювання відстані до об’єктів і обчислення швидкості звуку. Це справді захоплива демонстрація, адже більшість з нас уявляє дослідження глибин океану, коли думає про сонар.

Так, ваш смартфон теж може використовувати сонар — хоча отримати точний результат може бути непросто. А за допомогою Acoustic Stopwatch можна виміряти час між двома акустичними подіями і обчислити швидкість звука за отриманим результатом.

Ці можливості Phyphox — лише початок. За допомогою застосунку можна також експериментувати зі сенсорами смартфона: освітленості, наближення, гіроскопом, магнетометром та багатьма іншими. Він абсолютно безкоштовний і дозволяє використовувати сенсори, про існування яких ви навіть не підозрювали.