Physikolympiade/Brauche Hilfe...

[alter Mann]

Mein Vorschlag dazu wäre, zwei Geräte mit Ultraschall sender und empfänger zu bauen. Das erste Gerät sendet einen kurzen Impuls, der vom 2ten Gerät aufgenommen und zurück gesendet wird. aus der Laufzeit minus der Reaktionszeit des 2ten Gerätes lässt sich leicht die Entfernung ermitteln.
Dazu bräuchte man nicht mal viel mehr als 2 kleine Mikrocontroller, 2 Sendekapseln mit ausreichender Leistung und 2 Empfangskapseln.
Dazu kommt dann noch ein Signalgeber, der bei genau 50m ein Signal gibt (LED, Summer, Lautsprecher).
Über die Entfernung von 50m denke ich, braucht man sich mit entsprechend leistungsfähigen Sendern keine sorge zu machen.

Florian

[Thomas$]

Wlan ist weniger geeignet. weil man zu wenig kontrolle über das wlan hat. am einfachsten wird es akkustisch wobei ich erstmal nicht sagen will das das noch bei 50m funktioniert. 50m/343m/s=0,14577s= 145ms. aber laut muss der spass werden. der schall pegel nimmt bei doppelter entfernung 6 db ab. der schalldruck eines lautsprechers wird mit 1m abstand gemessen. also
z.B.
1m 100db
2m 94db
4m 88db
8m 82db
16m 76db
32m 70db
64m 64db
http://www.bag.admin.ch/themen/strah...fsi6rPnqCdno7B
dort sieht man wie laut 100db sind und wie leise 64db sind
edit :noch was hier schreibt man was rein und drei nue artikel sind drinne wärend man schreibt

[Searcher]

Hi,

Wir sollen ein Sender und Empfänger bauen. Der Empfänger soll genau bei 50 Meter anfangen Töne von sich zu geben

Die Aufgabe ist einen Sender zu bauen, der anfängt zu piepen, wenn der Empfänger 50 Meter weit entfernt ist.

Nur nochmal zum Klären: Wer soll da genau bei 50m Abstand piepsen? Sender oder Empfänger.

[recycle]

Ich hoffe, dass liest jemand..
Danke schon mal im Voraus..

Und ich hoffe mal, dass dein Leher nicht dazu gehört
Könnte sein, dass ein Lehrer der noch soviel Elan aufbringt nicht nur stur den Lehrplan abzusitzen nicht so gerne liest, das ser seine Schüler zu ein bischen Abwechslung zwingt.
Dass könnte ihm sogar die Motivation nehmen einen Schüler der offen zugibt keine keine Ahnung von Physik zu haben mit einer guten Note zu schockieren.

Ich wäre mit solchen Aussagen im Internet etwas vorsichtig. Dass Lehrer mal nach ihren Aufgabenstellungen googeln kommt nicht so selten.
Auch wenn das was du geschrieben hast nichts schlimmes oder verwerfliches ist, ist's vielleicht wahrscheinlich nicht so vorteilhaft für dich, falls dein Lehrer darüber stolpert.

[the_Ghost666]

Also zu dem Thema mit Funk zu arbeiten... naja, das geht auch nur mit Fertigmodulen, mal eben nen Schwingkreis mit Dipolantenne aufzubauen ist genauso nach Bundesnetzagentur ohne Amateurfunkerlizenz illegal.
Aber GPS Geräte senden nicht, die Empfangen nur. Die Satelliten senden. Dann muss man nurnoch ein erlaubtes Transportmittel für die Daten nehmen. Z.B. Wlan oder ein Funkmodul auf dem ISM Band, also 433MHz Funkgeräte, Funkmodule, 868Mhz oder 2,4GHz Geschichten wie Zigbee.
Das alles scheitert aber, wenn man das auch noch in geschlossenen Räumen, wie nem Schwimmbad oder ner Turnhalle vorstellen soll, da scheitert GPS.

Das mit nem unglaublichlauten Ultraschallpiepser zu machen geht auch nicht. 1: Auch Ultraschall kann bei hohen Pegeln gefährlich werden, damit kann man auch Nierensteine zertrümmern oder Lebewesen gefährden, die es doch noch wahrnehmen. Ausserdem gilt diese Absenkung nur im Freifeld. Wenn irgendwo etwas steht, ne Wand oder so, kann diese Reflexionen auslösen und bumm ist die Methode hin. Was ist mit nem Funksender mit kalibrierter Stärke und die Messung der Feldstärke am Ort des Empfängers? Da gäbs nur wieder Probleme nen lizensierten Sender zu finden, eine Antenne ohne Gewinn in eine bestimmte Richtung und es wäre z.B. Wetterabhängig, oder könnte durch Metallflächen gestört werden

[wkrug]

Die erste Frage ist ja mal, wie kann man Entfernungen ohne Maßband mittels Signalen messen.
Im Prinzip kenne ich da 3 Möglichkeiten die ohne zusätzliche Hilfsmittel auskommen.

1. Funk - Feldstärkemessung:
Der Empfänger wertet die Feldstärke des Senders aus.
Fällt diese unter ein bestimmtes Niveau ( Entfernung >50m ) wird der Alarm ausgegeben.
Diesen Ansatz halte ich für nicht praktikabel, weil die Ausbreitung von Funkwellen von vielen Parametern abhängig ist, das damit ein Abstand nicht genau ermittelt werden kann ( Ist meine persönliche Meinung ).

2. Laufzeitmessung:
Es wird ein kurzer Impuls ( Welle ) ausgesandt und gemessen, wie lange dieser Impuls vom Sender zum Empfänger braucht.
Da man ja wissen muß wann dieser Impuls ausgesendet wurde ist es sinnvoll die Laufzeitmessung in einem Gerät vorzunehmen.
Also Sender sendet - Empfänger empfängt und sendet das Signal zurück - Sender empfängt dieses Signal und berechet die Laufzeit.

3. Phasenverschiebungsmessung:
Der Sender sendet ein Signal und wartet dann auf die Reflexion.
Trifft diese ein wird die Phasenverschiebung zwischen Sende und Empfangssignal gemessen.
Das System ist je nach gewählter Frequenz sehr genau, liefert aber allerdings keine eindeutigen Ergebnisse, da man ja z.B. eine Phasenverschiebung von 10° ebens o wie eine Phasenverschiebung von 370° als gleichen Wert empfängt. Es wäre also sinnvoll Methode 2 für die Grobbestimmung und Methode 3 für die Feinbestimmung zu verwenden.
Es wäre auch möglich das Sendesignal zu modulieren und die Eindeutigkeit der Entfernungsmessung so zu realisieren.

Ob man für die Messmethoden nun elektormagnetische Wellen ( Funk - Radar - Licht ) oder Schall verwendet unterscheidet sich nur in der Ausbreitungsgeschwindigkeit und der Frequenz.

Man kann hier wirklich sehr genaue Ergebnisse erhalten.
Ich kann mich an einen Fernsehbericht erinnern, bei dem die Messung der Lichtgeschwindigkeit mittels eines Lasers, der auf einen auf dem Nachbargebäude stehenden Spiegel gerichtet war, täglich gemessen wurde.

GPS wäre meiner Meinung nach auch ein lohnenswertes Ansatz.
GPS Empfängermodule gibt es fertig zu kaufen und können dann ohne Lizenz verwendet werden.
Um wirklich gute Ergebnisse zu erzielen müsste man aber DGPS oder besser noch GPS RTK verwenden.
Eine mögliche Lösung wären 2 Laptops mit GPS Mäusen, die über eine Funkstrecke miteinander verbunden sind. Weicht die Positionsbestimmung des einen Laptop 50m von der anderen Laptopposition ab, wird der Alarm ausgegeben.
GPS Module mit serieller Schnittstelle für Microcontroller gibt es z.B. auch bei Schweizer Hersteller "µ-Blox".
Diskutiert das mal in euerer Gruppe durch, welche Lösung ihr favorisiert.
Bei google sollte sich auch so einiges über diese Themen finden lassen.

Für die Radar Entfernungsmessung gibt es einen interessanten Artikel bei InnoSent http://www.innosent.de/de/downloads/..._cat.php?cat=5 und auch fertige Module dafür.
Aber da wirds mit eueren 50m Reichweite problematisch werden.

Im Prinzip sollten auch optische verfahren, wie Tiefen- Schärfemessungen zum Objekt, oder die Bildverschiebung bei einer stereoskopischen Kamera geeignet sein.

[Searcher]

2. Laufzeitmessung:
Es wird ein kurzer Impuls ( Welle ) ausgesandt und gemessen, wie lange dieser Impuls vom Sender zum Empfänger braucht.

Falls der Empfänger nicht senden darf (sonst wär er ja ein Sender) und dort die 50m signalisiert werden sollen, könnte man mit einem Start Signal arbeiten. Bei Empfang läuft die Zeitmessung los. Der Sender sendet nach bekannter/definierter Zeit ein Meßsignal. Der Empfänger mißt also die Zeit zwischen Start und Meßsignal subtrahiert die definierte Zeit und berechnet die Entfernung.

Falls vom Empfangsort zurückgesendet werden darf, könnte man das Signal öfters hin und her schicken, vielleicht 100 oder 1000 ... mal um damit die Genauigkeit zu erhöhen.

[CowZ]

Hi,

du hast ja in einem anderen Forum mal die Aufgabenstellung abgetippt...

Mal abgesehen davon, dass ich dass ich nicht verstehe, wieso und was genau Beckham da macht, Manfs Idee finde ich nicht schlecht, einfach zu realisieren, exakt und robust. Und sie hat sogar noch den Vorteil, dass man dem Ball nicht hinterher rennen muss

Jede elektronische Lösung passt (imho) nicht zu den Anforderung der IPhO und scheidet somit wohl aus, oder? (Komische Aufgabe...)

Gruß
CowZ

[AnikaBrandes]

Hi,
ich habe die Aufgabenstellung nicht von einer anderen Person abgetippt, sondern sie selbst hineingesetzt. (Unter dem gleichen Namen)
Zu der Aufgabe kann ich leider nichts sagen. Das ist das was mein Lehrer an die Tafel geschreiben hat.
gruss Anika

[alter Mann]

könnte man mit einem Start Signal arbeiten. Bei Empfang läuft die Zeitmessung los. Der Sender sendet nach bekannter/definierter Zeit ein Meßsignal. Der Empfänger mißt also die Zeit zwischen Start und Meßsignal subtrahiert die definierte Zeit und berechnet die Entfernung.

Wie genau soll das denn funktionieren?
der Sender sendet, das Signal kommt nach 1/10 Sekunde an. Dann wartet der Sender 1 Sekunde und sendet danach wieder ein Signal, welches dann 1 1/10 Sekunde später beim Empfänger ankommt.
Die einzige Zeitliche Abweichung, die so festzustellen ist, ist die Verzögerung zwischen den beiden Signalen.
Da sich beide Signale gleich schnell ausbreiten, hat man so nicht wirklich etwas gewonnen.

Etwas anderes wäre es, wenn man zwei unterschiedliche Übertragungswege wählt (z.B. Funk und Schall) und beide Signale zur selben Zeit sendet. Dann kann man aus der Differenz der beiden Signale die Entfernung errechnen.

Florian