Unser Smartphone erkennt, ob wir es waagerecht oder senkrecht halten und ändert die Bildschirmausrichtung, wenn wir die Position ändern! Aber wie erkennt das Smartphone eigentlich, wie wir es halten?

In einem Smartphone sind eine Vielzahl von Sensoren verbaut, die nicht nur für die Funktionalität und Handhabung notwendig sind, sondern das Smartphone auch zu einem hervorragenden Messgerät machen. Beschleunigungssensoren liefern die relevanten Informationen, damit das Smartphone erkennen kann, ob es senkrecht oder waagerecht gehalten wird. Wie das funktioniert, sehen wir uns jetzt an.

1. Betrachten Sie ein Gewicht, das an einer Feder (in y-Richtung) hängt. Wie verändert sich die Durchbiegung der Feder, wenn wir die Feder in verschiedene Richtungen bewegen? (Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass die Feder nur in einer Dimension vergrößert werden kann.)
2. Wie kann man mit drei Federn und Gewichten einen mechanischen Beschleunigungsmesser bauen? Mit anderen Worten, ein Versuchsgerät, mit dem wir messen können, in welche Richtung wir beschleunigen und wie stark.
3. In der Abbildung links sehen Sie eine stark vergrößerte Darstellung eines Beschleunigungssensors. Erklären Sie, wie er funktioniert. Hinweis: Der Beschleunigungssensor besteht aus Kondensatoren und einem Federmechanismus. Wie verhält sich die Kapazität des Kondensators, wenn der Sensor beschleunigt wird?
4. Erklären Sie nun, wie ein Smartphone mit Hilfe von Beschleunigungssensoren erkennen kann, wie Sie Ihr Smartphone halten.

1. Wenn ein Gewicht an einer Feder aufgehängt ist und wir die Feder in y-Richtung zur Federrichtung beschleunigen, nimmt die Durchbiegung der Feder zu oder ab, je nachdem, in welche Richtung wir beschleunigen. Wenn wir die Masse des Gewichts und die Federkonstante kennen, können wir die Beschleunigung berechnen. Beschleunigungen in x- und z-Richtung ändern die Dehnung der Feder in diesem idealisierten Beispiel nicht.
2. Verwendet man drei zueinander orthogonale Federgewichtssysteme, die fest mit einem Körper verbunden sind, so kann die Beschleunigung des Körpers auf diese Weise bestimmt werden.
3. Auf dem Bild des Beschleunigungssensors erkennen wir Kondensatoren, deren Platten durch ein Federsystem verbunden sind. Wenn der Sensor beschleunigt wird, ändert sich die Kapazität des Kondensators. Wie bei dem Gewicht auf der Feder können wir die Kapazitätsänderung berechnen, wenn wir die bewegte Masse, die Federkonstante, den Abstand zwischen den Kondensatorplatten und die Kapazität des Kondensators im unbeschleunigten Fall kennen.
4. Das Smartphone verfügt über drei Beschleunigungssensoren, die orthogonal zueinander angeordnet sind. So lässt sich herausfinden, in welche Richtung die Erdbeschleunigung zeigt und die Bildschirmrichtung entsprechend bestimmen.

Mehr Informationen finden Sie hier: https://mascil.ph-freiburg.de/aufgabensammlung/experimente-mit-dem-smartphone/gruppe-2-experimente-mit-dem-beschleunigungssensor