Aplicaciones de los sensores de los smartphones a la didáctica de la física experimental

Abstract

Traditionally, Physics laboratory practices have two objectives. On the one hand, students reinforce the concepts that they have acquired in theory lessons. On the other hand, they get used to the experimental techniques. However, students sometimes consider that the practices are routine and of little interest. Several resources, based on Information and Communication Technologies, have been used to deal with this problem. The smartphones of the students themselves incorporate various sensors. Free available applications are able to control the sensors, acquire data and transmit them. The smartphones become measuring tools. The main objective of this Thesis is to propose new experiments for Physics laboratories that take advantage of this way of using smartphones. A collection of works is presented as a set of publications. The acceleration sensor enables us to study: the free and damped oscillations of the smartphone; the normal modes of a coupled two dimensional vibrating system of smartphones; and the mechanical beat. The ambient light sensor is used to analyze the efficiency of several types of optical sources; the dependence of the illuminance on the distance to the source is also studied. Finally, the microphone enables us to characterize the acoustic beat phenomenon. The new experiments are focused on university and high school students. Our surveys show the higher rating given to this type of experiences with respect to their traditional alternatives.

Tradicionalmente, el objetivo de las prácticas de laboratorio de las asignaturas de Física es doble: por una parte, que los estudiantes refuercen los conocimientos adquiridos en las clases de teoría; por otra, que se habitúen a las técnicas experimentales. Sin embargo, los alumnos consideran que en ocasiones las prácticas son rutinarias y poco interesantes. Para paliar este problema, se ha hecho uso de diversos recursos basados en las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. El objetivo fundamental de esta Tesis es proponer diversos experimentos de Física en los que se utilizan como herramientas de medida los sensores de que disponen los smartphones de los propios estudiantes, aprovechando las aplicaciones gratuitas existentes para el control de estos sensores y para la toma y transmisión de los datos obtenidos. Con este fin se ha realizado un conjunto de trabajos, recogidos en esta Tesis en formato de compendio de publicaciones, en los que se proponen nuevas experiencias de laboratorio de Física con smartphones. En ellas se saca partido del sensor de aceleración para el estudio de las oscilaciones libres y amortiguadas de un smartphone, de los modos de vibración de dos acoplados, y del batido mecánico; del sensor de luz ambiente para el análisis de la eficiencia de diversos tipos de fuente, y de la dependencia de la iluminancia con la distancia; y, finalmente, del micrófono para la caracterización del fenómeno del batido acústico. Las experiencias diseñadas están enfocadas a estudiantes universitarios y de educación secundaria. Las encuestas realizadas muestran la mayor califica-ción otorgada a este tipo de experiencias con respecto a sus alternativas tradicionales.

Tradicionalment, l'objectiu de les pràctiques de laboratori de les assignatures de Física és doble: d'una banda, que els estudiants reforcen els coneixements adquirits en les classes de teoria; per una altra, que s'habituen a les tècniques experimentals. No obstant això, els alumnes consideren que en ocasions les pràctiques són rutinàries i poc interessants. Per a pal¿liar aquest problema, s'ha fet ús de diversos recursos basats en les Tecnologies de la Informació i les Comunicacions. L'objectiu fonamental d'aquesta Tesi és proposar diversos experiments de Física en els quals s'utilitzen com a eines de mesura els sensors de què disposen els smartphones dels propis estudiants, aprofitant les aplicacions gratuïtes existents per al control d'aquests sensors i per a la presa i la transmissió de les dades obtingudes. Amb aquesta finalitat s'ha realitzat un conjunt de treballs, recollits en aquesta Tesi en format de compendi de publicacions, en els quals es proposen noves experiències de laboratori de Física amb smartphones. En aquestes es trau partit del sensor d'acceleració per a l'estudi de les oscil¿lacions lliures i esmorteïdes d'un smartphone, dels modes de vibració de dos acoblats, i del batut mecànic; del sensor de llum ambiente per a l'anàlisi de l'eficiència de diversos tipus de font, i de la dependència de la il¿luminancia amb la distància; i, finalment, del micròfon per a la caracterització del fenomen del batut acústic. Les experiències dissenyades estan enfocades a estudiants universitaris i d'educació secundària. Les enquestes realitzades mostren la major qualificació atorgada a aquest tipus d'experiències pel que fa a les seues alternatives tradicionals.