Samverkan 2011 Institutionen för Fysik · Lag (2009:45), §2. Institutionen för Fysik har under 2011 genomfört en lång rad aktiviteter inom verksamhetsområdet Samverkan och denna

Samverkansgruppen

Samverkan 2011Institutionen för Fysik

Verksamhetsrapport

.

Institutionen för Fysik. Samverkan 2011.

1


2

Innehåll:

1. Sammanfattning

2. Organisation

3. Definitioner

4. Aktiviteter

Bilagor:

Pendrill, A.M. and Rohlén J.: ”Acceleration and rotation in a

pendulum ride, measured using an iPhone 4”

GT‐intervju med Maria Sundin: “Hon tror på liv i rymden”.


3

1. Sammanfattning Enligt högskolelagen ska universitet och högskolor bedriva forskning och undervisning. I högskolelagen ingår också ytterligare en uppgift:

”I högskolornas uppgift ska ingå att samverka med det omgivande samhället och informera om sin verksamhet samt verka för att forskningsresultat tillkomna vid högskolan kommer till nytta.” Lag (2009:45), §2. Institutionen för Fysik har under 2011 genomfört en lång rad aktiviteter inom verksamhetsområdet Samverkan och denna rapport är sammanställd för att lyfta fram dessa aktiviteter och de personer som, oftast i det tysta, med stor entusiasm genomför alla dessa uppdrag. Det som sticker ut är kanske framför allt Maria Sundins och Marie Rådbos omfattande samverkansaktiviteter inom astronomi som får stor medial uppmärksamhet samt den omfattande verksamheten som resurscentrum, under ledning av Curt Nyberg, bedriver i form av studiebesök för skolklasser. Det som sticker ut allra mest under samverkansåret 2011 är kanske Maria Sundins framträdande som inbjuden talare på ett TEDx-event i november.

2. Organisation Under 2010 har samverkansgruppen vid institutionen för fysik bestått av följande personer: Lars Bengtsson (sammankallande), Maria Sundin, Curt Nyberg, Ingvar Albinsson, Anna-Karin Gustavsson (doktorand-representant), Ann-Marie Pendrill, Sheila Gault (Gymnasiecentrum) och Alami El-Ouafi (extern skolrepresentant). Samverkansgruppen har under året haft ca tio sammanträden.

3. Definitioner Gymnasiecentrum är ett samverkansprojekt vi har tillsammans med Chalmers Tekniska Högskola och ”är en satsning med syftet att underlätta övergången mellan gymnasiet och högskolan. På Gymnasiecentrum får gymnasieelever tillfälle att prova om högskolestudier i naturvetenskap eller teknik är något de vill satsa på”. Gymnasiecentrums hemsida finns på: http://www.chalmers.se/sv/utbildning/skolsamverkan/gymnasiecentrum/Sidor/default.aspx International IT College of Sweden är en fristående gymnasieskola med inriktning på IT och engelska. De har ett gymnasium i Stockholm, ett gymnasium i Göteborg och


4

systerskolor i England. De erbjuder fem olika program: EC-programmet, Medieprogrammet, Naturvetenskapsprogrammet, Samhällsvetenskapsprogrammet och Teknikprogrammet. Under 2011 har de köpt ett antal laborationer av oss. IT College hemsida finns på: http://www.initcollege.org/index.php/start Resurscentrum

Resurscentrum Fysik bildades sommaren 2000 efter önskemål från den naturvetenskapliga fakulteten vid Göteborgs universitet om ett lokalt resurscentrum på varje institution. Projektet finansierades under uppstarten av Teknikbrostiftelsen. Det huvudsakliga målet var att skapa kontakter mellan studenter/forskare på institutionen och företag. Verksamheten fokuseras idag på skolkontakter och finansieras av institutionen.

Resurscentrum Fysik, som bildades 2000, har under 2011 haft följande sammansättning: Curt Nyberg, Anna-Karin Gustavsson, Camilla Freitag, Charlotte Hamngren och Olof Bäcke.

Curt Nyberg representerar Fysik i Skolkontaktsgruppen på Naturvetenskapliga Fakulteten.

Elever från grundskolan (framförallt år 1 - 6) besöker fysikinstitutionen för att titta på stjärnhimlen i vårt planetarium och för att få se experiment som beskriver materiens uppbyggnad av atomer/molekyler (”molekyldansen” och ”kul med flytande kväve”). Under 2011 har vi haft ca 35 besök.

Elever från gymnasiet besöker också vårt planetarium. Under 2011 har vi haft ca 8 besök.

Varje höst anordnas en naturvetardag och en presentation av årets nobelpris i fysik och kemi. Vid naturvetardagen får eleverna information om våra utbildningsprogram och får lyssna till några intressanta föredrag. Vid årets arrangemang deltog ca 100 elever. Presentationen av nobelprisen samlade ca 250 elever.

Under hösten anordnades en fortbildningsdag för lärare. Ca 60 lärare deltog.

Under hösten medverkade vi även på Familjedag på fakulteten med fysikexperiment med flytande kväve samt visning i planetariet.

Gymnasister har varit på studiebesök på institutionen. En rundvandring i några forskningslabb ordnas efter önskemål från gymnasieläraren. Under 2011 ca 4 besök.


5

Följande är fritt översatt från Wikipedia: TED (Technology, Entertainment and Design) är en global konferensserie som ägs av en privat, icke-kommersiell stiftelse (Sapling Foundation) som bildades för att “sprida ideér som är värda att spridas”. TED utfärdar också licenser till tredjepartsarrangörer som kan ge så kallade ”TEDx”-föredrag i olika städer runt om i världen. (x:et står för ”independently” organized TED event). Föredragen streamas live på internet. Föredragshållarna har 18 minuter på sig att presentera sina idéer så inlevelsefullt och engagerande som möjligt. Du kan läsa mer om TEDx på deras hemsida: http://www.ted.com/tedx

På följande länk kan du se alla TEDx-föredrag som anordnats i Göteborg: http://tedxuniversityofgothenburg.com/talks/

4. Aktiviteter Albinsson, Ingvar (IA) IA deltar i visningen av planetariet för skolklasser och laborationer för Hulebäcksgymnasiet. Freitag, Camilla (CF) Se ”Resurscentrum” ovan. Hanstorp, Dag (DH) DH leder "upptäckarklubben", vilken är en aktivitet arrangerad av naturvetenskapliga fakulteten som vänder sig till 11-åringar. 30 barn träffas en eftermiddag varannan vecka för att göra naturvetenskapliga experiment. DH ger en kurs i ”Modern fysik med inriktning mot kemisk fysik” som en breddningskurs för gymnasister. Under 2011 deltog 40 gymnasister från åtta gymnasieskolor i denna kurs. De som klarar denna kurs kan efter studentexamen omvandla den till en orienteringskurs i Fysik motsvarande7,5 hp (kan alltså räknas in i en universitetsexamen som en orienteringskurs). Vidare ger DH kursen ”Naturvetenskapen i vardagen” för förskolelärare. Den har under 2010 gått på fem olika förskolor (i olika kommuner). Kursen innehåller 12 föreläsningar som ges i ett lågt studietempo (två föreläsningar per termin). DH har också deltagit i fortbildning av alla förskolelärare i Lilla Edets kommun. Denna fortbildning arrangerades av Högskolan i Trollhättan. DH har koordinerat samarbete mellan Hulebäcksgymnasiet och Porthällagymnasiet. Dessa gymnasieskolor köper 10% av en lektorstjänst från naturvetenskapliga fakulteten,


6

varav merparten hamnar på fysik. Samarbetet består i studiebesök, laborationer och föreläsningar. Graneli, Annette (AG) AG har genomfört ett projekt med fyra stycken gymnasieelever från Hulebäcks-gymnasiet. Under en vecka i augusti genomförde de ett projekt om DNA och single-molecule experiment. Guldbrand, Stina (SG) SG har deltagit i den undervisning vi ger på International IT-college of Sweden. Gustavsson, Anna-Karin (AKG) Se ”Resurscentrum” ovan. Mehlig, Bernhard (BM) BM deltog under 2011 i ”Akademisk kvart” på Bokia bokhandel på Avenyn. Föredraget hade titeln ”Plötsligt regn – turbulens eller trolleri”. Detta föredrag finns att avlyssna på följande länk: http://gu.se/forskning/popularvetenskap/Tv__tidning__radio/webb-tv/en_akademisk_kvart/bernhard-mehlig BM gav också ett fördrag (med samma titel som ovan) på Fysikens dag, se http://www.chalmers.se/fc/SV/fysiknytt/kalendarium/handelser/fysikens-dag BM gav under 2011 också ett föredrag på Chalmers Rymdgrupp som handlade om turbulenta aerosoler.


7

Nyberg, Curt (CN) Se ”Resurscentrum” ovan. Pendrill, Ann-Marie (AMP) AMP har sedan lång tid ett samarbete med Liseberg kring undervisningsmaterial: webbplatsen http://physics.gu.se/LISEBERG är inlänkad till Lisebergs skolresesida. Hon har under 2011 blivit kontaktad av ett eventföretag för diskussion om möjliga loopformer inom motorsport. Hon har under året vidareutvecklat material och medverkat i planeringen av Edutainmentdagar på Gröna Lund (www.gronalund.com/sv/Grupper-ochforetag/ Skolklasser-grupper/). Som komplement har hon också utvecklat en webbplats med Lekplatsfysik, http://physics.gu.se/lekplats/ och under 2011 bl.a. medverkat med lekplatsfysik under konferensen Ute-Inne och i samband med fortbildning av förskollärare, bl.a. inom Förskolelyftet. Sedan 2007 har hon varit ordförande i juryn för Unga Forskares regionfinal i Göteborg. Hon är medlem av Skolverkets expertgrupp för fördelning av verksamhetsstöd till Science Center. Hon är aktiv i universitetets forskarskola CUL - Centrum för Utbildningsvetenskap och Lärarforskning och handleder två doktorander som på halvtid är 6-9 lärare. Hon medverkade i maj 2011 på Framtidens lärande med en föreläsning om "IT och Fysik för hela kroppen i karuseller och berg- och dalbanor" och med diskussioner i en workshop om Algodoo "Släpp eleverna loss, det är vår" Sedan juli 2009 AMP på hälften av sin tjänst föreståndare för Nationellt Resurscentrum för Fysik (NRCF, fysik.org), vid Lunds universitet som arbetar med att stödja fysikundervisning i skolans alla stadier. I ett samarbete mellan GU anordnade hon i oktober 2011 ett Fysikbromöte, mellan universitetsfysiker och gymnasielärare. AMP är medlem av Editorial Board för Physics Education. Tillsammans med Johan Rohlén publicerade hon en artikel "Acceleration and rotation in a pendulum ride, measured using an iPhone 4". (Phys. Ed. 46, s 676-681) Marie Rådbo (MR)

MR har under 2011 genomfört följande samverkansuppdrag: Uppdrag för skolor: Levande frågelådan, 18 november Manus till filmen Från Pluto till Merkurius Astronomitext till Nationellt prov i svenska för åk 3. Föredag för allmänheten: Stjärnhimlen i Skatås, förr och nu. Bertilssons stuga Ögon känsliga för stjärnor. Örebros astronomiska klubb


8

Rymden är ljuv – en rymdlysten historia. Nobelmuseet, Stockholm Vetenskapsrouletten, Vetenskapsfestivalen Är vi ensamma i universum? Vetenskapsfestivalen Life in the Universe, Karolinska Institutet, Stockholm Att navigera efter stjärnorna. Skärgårdsklubben, Göteborg Finns det liv i rymden? Balthazar science centre, Skövde Ögon känsliga för stjärnor. Senior-Emil, Chalmers Vad bildade bör veta om universum? Sensus studieförbund, Karlstad Utvidgar sig universum allt snabbare? Folkuniversitetet, Göteborg plus ytterligare ett antal föredrag i olika föreningar Vidare är MR styrelseledamot i Högskolan Väst och styrelseledamot i Universeum. Hon deltog i Agenda i SVT den 2 oktober (samt ytterligare ett flertal framträdanden i såväl radio som TV, framför allt som kommentator till olika händelser). MR svarar på astronomifrågor i Forskning och framsteg och har i tidningen Vi recenserat Ulrika Engströms bok Himlens väktare. MR är också vicedekanus med övergipande ansvarar för fakultetens samverkansaktiviteter. 2011 har MR initierat nya aktiviteter där alla fakultetens institutioner, inklusive fysik, är involverade; Upptäckarklubben, organiserad praoverksamhet och lägerskolor. Inom ramen för universitets höstprogram anordnade fakulteten även i år en familjedag för alla nyfikna 0-100 år, vilket om igen blev en enorm succé. Alla våra institutioner deltog, inklusive fysik. Att MR har samverkansansvar på fakulteten innebär i sin tur att MR sitter med i universitetets samverkansberedning med prorektor Margareta Wallin Pettersson som ordförande. Sundin, Maria (MS) MR har numera två fasta radioengagemang; Alltinget och Harald Treutigers morgonprogram. Maria deltog under 2011 också med ett föredrag för TEDx som filmades och snabbt spreds över världen via Youtube. Du kan se Maria på följande Youtube-länk: http://www.youtube.com/watch?v=K8Dj0oSf1SA Detta föredrag låg också länge som nyhet på Gus hemsida och på NatFaks hemsida. Under 2011 har MS också utfört följande föredrag och samverkansaktivteter: Framträdanden i radio:

110110 Astronomiska myter del 1 P4 110111 Astronomiska myter del2 P4 110112 Astronomiska myter del 3 P4 110113 Alltinget P4


9

110113 Astronomiska myter del 4 P4 110114 Astronomiska myter del 5 P4 110203 Alltinget P4 110217 Alltinget P4 110303 Alltinget P4 110317 Alltinget P4 110420 Alltinget P4 110518 Alltinget P4 110522 Exoplaneter P4 110801 Gravitation P4 110908 Alltinget P4 110922 Treutiger bokmässa P4 110922 Alltinget P4 111020 Alltinget P4 111027 Kossornas planet P4 111029 Kossornas planet P4 111110 Alltinget P4 111207 Alltinget P4 111208 Treutiger, morgon P4 111221 Alltinget P4

Artiklar/annonser i tidningar:

110511 Jordens undergång Aftonbladet 110806 Mars SvD 110829 Bokmässan GT 111008 aktiv sol 17 träffar I olika tidningar, TT 1112 Astronomi & pop/rock Populär astronomi 111231 Liv I rymden GP (helt uppslag)

Föredrag:

110208 Kosmologi Göteborg, Royal Bachelor´s Club, 110329 Liv i universum Stockholm, biografen Park, Senioruniversitetet (700 deltagare!) 110406 Exoplaneter CAC 110922 Finns det liv i universum? Bokmässan 111125 Water - a necessity for life on Earth Göteborg, TEDx, http://tedxuniversityof

and other planets gothenburg.com/talks/maria-sundin/ Torkelsson, Ulf (UT) UT har under 2011 vid tre tillfällen hållit föreläsningar om ”Svarta hål, vita dvärgar och neutronstjärnor – Rester efter stjärnor”, för gymnasieklasser (20/5, 27/5 och 6/9).


10

UT deltog på ”Forskarfredag” i Lidköping (23/9) med en föreläsning om ”Konsten att hitta neutronstjärnor och svarta hål” (samt en datorlaboration) för elever från årskurs 9 och gymnasiet. Det var också UT som i december gav föreläsningen om årets nobelpris i fysik för gymnasieelever i GD-salen. UT gav också ett föredrag på Fysikens dag: ”Finns det norrsken på neutronstjärnor och vita dvärgar?”. Vuckovic, Sasha (SG) SG har varit värd för en serbisk delegation från (”Demokratska Stranka”) som besökt oss och tittat på forskningen på Göteborgs universitet.

F E A T U R E S

www.iop.org/journals/physed

Acceleration and rotation in apendulum ride, measured using aniPhone 4Ann-Marie Pendrill1,2 and Johan Rohlen1

1 Department of Physics, University of Gothenburg, SE 412 96 Goteborg, Sweden2 National Resource Centre for Physics Education, Lund University, Box 118, SE 221 00LUND, Sweden

E-mail: [email protected]

AbstractMany modern cell phones have built-in sensors that may be used as aresource for physics education. Amusement rides offer examples of manydifferent types of motion, where the acceleration leads to forces experiencedthroughout the body. A comoving 3D-accelerometer gives an electronicmeasurement of the varying forces acting on the rider, but a completedescription of a motion also requires measurement of the rotation around thethree axes, as provided, for example, by the iPhone 4. Here we present andinterpret accelerometer and gyroscope data that were collected on a rotarypendulum ride.

IntroductionInertial motion tracking in three dimensionsrequires accelerometer and gyroscopic data aroundthree axes. The ability to track motion has manyapplications [1], including movie making, crashanalysis, sports, virtual reality—and games. TheiPhone 4 offers a user-friendly interface to amotion tracking MEMS (MicroElectroMechanicalSystem) sensor [2], offering new possibilities notonly for games but also for the physics classroom,where the data collection should be combined withan analysis of the motion studied.

Amusement parks are among the mostfavourite of school trips. In an amusement parkthe visitor may experience many examples ofacceleration and rotation, from simple children’scarousels rotating around a vertical axis, tolooping and twisting roller coasters, with changingacceleration and rotation in three dimensions. Therides can be studied at many different levels ofdifficulty and involvement, from observation of

motion and the interplay between kinetic andpotential energies in pendulum rides and rollercoasters, to electronic data collection and detailedanalysis of the motion in the rides.

The pendulum is a classic textbook example,which can be studied using ordinary playgroundswings [3] and also in many amusement rides. Inthis article we focus on a pendulum ride, withan added rotation: the ‘Rockin’ Tug’ family ridefrom Zamperla et al [4]. As seen from figures 1and 2 the pendulum string is replaced by a rail,which is known to have a radius of curvature ofR = 11.5 m. The boat moves along the circularrail and can also rotate around its own axis witha rotation speed of 11 turns min−1 according tospecifications. How do the pendulum and rotationmotions combine? What are the resulting forceson the rider—and how can we understand thedata from the iPhone, collected using the freeapp SensorLog? The motion is relatively simpleand can be described mathematically. Still, the

676 PHYS IC S EDUCAT ION 46 (6) 0031-9120/11/060676+06$33.00 © 2011 IOP Publishing Ltd

Acceleration and rotation in a pendulum ride

Figure 1. The Rockin’ Tug family ride combines a pendulum and circular motion. The little tug moves back andforth along a circular rail and at the same time rotates along its own axis orthogonal to the rail.

combination of pendulum motion and rotationaround an additional axis leads to non-zero resultsfor all axes, both for the accelerometer andgyroscopic sensors, as discussed in this work.

The pendulum motionDuring the ride the iPhone was held in place onthe seat of the ride, inside a closed pocket. Theresulting accelerometer data are shown in figure 3.Since the sensors move along with the rider, thedirections of the axes change all the time, with thez axis pointing up from the seat. Figure 2 showsthe ride and the radius of the circular arc of the rail,which takes the place of the string in a pendulum.If the maximum angle of the pendulum is θ0, thetime dependence of the angle in the pendulummotion can be written as θ(t) = θ0 cos pt withp2 = g/R (using the standard approximationvalid for small angles). The vertical accelerometerdata in the top graph of figure 3 shows a periodicvariation, corresponding to half a period of thependulum motion. It is consistent with the periodT = 2π

√R/g = 6.8 s for a mathematical

pendulum of length R = 11.5 m.It should be noted that an accelerometer does

not measure components of acceleration, but ofthe vector a − g, where a = F/m is theacceleration. The expression a − g = (F −mg)/m corresponding to the force per kilogramfrom the ride on the rider. The acceleration alongthe rail is caused only by gravity and gives nocontribution to the accelerometer data. For a pure

ez

ez

ez

eh

R

pendulum ride only the ‘vertical’ axis would shownon-zero results. The ‘vertical’ component ofthe accelerometer (i.e. the component along thecomoving z-axis in figure 2) depends on the angleθ and on the maximum angular displacement,θ0. At the turning point, the vertical component

November 2011 PHYS IC S EDUCAT ION 677

A-M Pendrill and J Rohlen

a vert/q

1.3

1.1

1.0

1.2

0.9

200 40 60 80 100 120

a long

/q

0.05

0

–0.05

–0.1

200 40 60 80 100 120

a lat/q

0

–0.05

–0.1

–0.15

–0.2200 40 60 80 100 120

t(s)

Figure 3. Accelerometer data from the iPhone4, which was held in place on the seat of the ride. The ‘vertical’ z-axis points up from the seat. The sensor was placed with the ‘longitudinal’ x-axis pointing to the back of the rider and the ‘lateral’ y-axis pointing to the right.

will be g cos θ0 and as the pendulum passes thelowest point it will be g(3 − 2 cos θ0). (Theinterpretation of accelerometer data from a swingis discussed in more detail in [3].) From thevertical accelerometer data in figure 3, we canconclude that the maximum angular displacementθ0 of the pendulum motion is about 25◦. Thelongitudinal and lateral accelerometer componentsin figure 3 arise from the rotation around the‘vertical’ axis, discussed in the next section.

The rotation of the boatAfter a few oscillations, the little tug starts to rotateas shown in figure 1. The rotation of the boat leadsto a centripetal acceleration of the rider towardsthe centre of the boat, depending on the distance tothe centre of rotation and on the angular velocity,�. Figure 4 shows the coordinates for a rider inthe moving x–y coordinate system attached to theboat. The centripetal accelerations in the x and

y directions, corresponding to the ‘longitudinal’and ‘lateral’ accelerations in figure 3, will thusbe ax = −b�2 and ay = −c�2 (using thecoordinates from figure 4). The specified rotationof 11 turns min−1 corresponds to an angularvelocity of � = 1.15 rad s−1. The accelerometerdata (averaged over the times 20–50 s and 70–100 s) from figure 3 indicate that the sensor wasplaced at a point located at b = 0.8 m in the x-direction and c = 0.3 m in the y-direction awayfrom the centre.

How does the rider move when the circularmotion is added to the pendulum motion? Figure 5illustrates the motion during one pendulum periodstarting at the highest point. The shape of thecombined pendulum and circular motion dependson the relation between the periods for thependulum and the circular motion. Figure 6 showsthe combined motion for four pendulum periodswhich corresponds to five circular motions. (Thelittle gap left in the upper right part of the figure

678 PHYS IC S EDUCAT ION November 2011


y

c

b

x

eh

marks the start and finish of the drawing.) Closedorbits result when the ratio is a rational number, asin this case.

Angular velocities during the combinedmotionThe analysis above uses only the accelerometerdata in three dimensions. These can be obtainedusing many types of equipment, including theVernier WDSS sensor [5, 6] and many modernmobile phones. The possibility to also record therotation offers new possibilities, including ‘motiontracking’ [7], and is now available, e.g., with theiPhone 4, used for the measurements presentedhere. Figure 6 shows the time dependence of theangular velocities around the axes of the comovingsensor. The rotation is measured around thethree axes relative to the body, often referredto as yaw (around the ‘vertical’ z-axis), pitch(around the ‘lateral’ y-axis) and roll (around the‘longitudinal’ x-axis). The yaw data shows therotation of the boat, increasing to a constantangular velocity and then turning around to rotatein the other direction. The data are consistent withthe specified rotational speed of 11 turns min−1.

The angular velocities for pitch and rollexhibit more complicated patterns. They shouldaccount for the rotations corresponding to the

Figure 5. The straight horizontal line in the graph represents the motion of the centre of the Rockin' Tug ride. The superimposed circular motion, seen from above, is illustrated by the lines going out from the position of the centre of the boat, at 0.1 s time intervals. The resulting curve, connecting the outer points of these lines, represents the path of the rider through one period of the pendulum motion.

Figure 6. The path of a rider through a few oscillations and turns, seen from above. The path starts and finishes in the upper-right part of the figure. An asterisk marks the position every 0.4 s.

pendulum motion around a fixed horizontal axis,eh = sinφex + cosφey , shown in figures 3 and 4.The angle of the rotating x–y coordinate systemin figure 4 can be written as φ = �t . The timedependence of the angular velocity associated withthe pendulum motion can be written as ωh =ω0 sin pt . However, due to the rotation of the boat(and sensor), this angular velocity correspondingto this rotation, has both x and y components(figure 4), giving

ωx = ω0 sin pt sinφ = ω0 sin pt sin�t

ωy = ω0 sin pt cosφ = ω0 sin pt cos�t .

Using the properties of the trigonometric function,these expressions can be rewritten as

ωx = ω0

2[cos(p −�)t − cos(p +�)t]

ωy = ω0

2[sin(p −�)t + sin(p +�)t].

The combination of the two periodic motionsresults in an oscillation with a larger angularfrequency � + p added to an oscillation with asmaller angular frequency � − p, in this casecorresponding to the periods 27.5 s and 3.0 s,


A-M Pendrill and J Rohlenya

w

1

0–0.5

0.5

–1

200 40 60 80 100 120

pitc

h

200 40 60 80 100 120

roll

0.4

0.2

0

–0.2

–0.4200 40 60 80 100 120

t(s)

0.4

0.2

0

–0.2

–0.4

Figure 7. Measured angular velocities around the three axes of the iPhone4 during the ride.

respectively. These periods are clearly visible inthe rotation data in figure 7.

The total horizontal angular velocity is thevector sum of these two rotations, with a modulus

|ωh| =√

ω2x + ω2y shown in bottom graph of

figure 8, where the top graph shows the angularvelocities around the x- and y-axes.

DiscussionThe analysis of the acceleration and rotation datafor the Rockin’ Tug ride shows the richnessof mathematics and physics examples exhibitedalready in a simple family ride. Many amusementparks feature similar rides in various sizes. Theaccelerometer of the iPhone is limited to about2g, which is insufficient for many rides. (Thegyro can measure up to 2000◦ s−1, which does notpose a limitation for measurements in amusementrides.) However, an advantage of using a smallerride is that it is easier to place the sensor so thatthe axes point in the desired directions. Hadthis not been the case, it would also have been

necessary to perform an initial transformation ofthe coordinates. The access to rotation data, madepossible, e.g., by the iPhone 4, offers illuminatingexamples of rotations around different axes.

Detailed analyses of rides are suitable tasksfor group projects in connection with amusementpark visits. Amusement rides can also take therole as previous shared experiences in combinationwith data already available. (The dataset used inthis article is available on request, as are data formany other rides of different types.) The studentsmay also, e.g., write small programs to animate themotion of the rider, or synchronize data with videorecordings of a ride. We have found that assigning2–3 rides to groups of 4–6 students is a suitableformat, leading to many challenging discussionsof the physics involved. The learning is enhancedif the groups are required to write a report andpresent it orally to the other groups in the class,with different ride assignments. Asking eachgroup to read the report of at least one other groupand to prepare questions and feedback, invites

680 PHYS IC S EDUCAT ION November 2011


Figure 8. The ‘roll’ and ‘pitch’ rotations around the moving x- and y-axes in figure 4 are shown together in the top graph. Together they make up the rotation around the horizontal axis in the pendulum motion. The bottom graph shows the magnitude of the vector sum in radians / s.

pitc

h, r

oll

200 40 60 80 100 120

0.4

0.2

0

–0.2

–0.4

pitc

h +

rol

l

200 40 60 80 100 120

0.5

0.4

0.3

0.1

0.2

0

additional reflection on their own work. Theconnection between the experience of forces onand in the body and the mathematical descriptionof motion provides additional aspects and canlead to a deepened understanding of classicalmechanics and its relevance outside the classroom.

Acknowledgment

We gratefully acknowledge the support byLiseberg, including ride tickets for the students inour amusement park projects.

Received 12 January 2011, in final form 27 April 2011doi:10.1088/0031-9120/46/6/001

References[1] O’Reilly R and Weinberg H 2010 The Five Motion

Senses: MEMS Inertial Sensing to TransformApplications Sensors www.sensorsmag.com/sensors/acceleration-vibration/the-five-motion-senses-mems-inertial-sensing-transform-appli-6533

[2] Chipworks 2010 Teardown of the Apple iPhone 4Smart Phone www.chipworks.com/en/technical-competitive-analysis/resources/recent-teardowns/2010/06/silicon-teardown-of-the-apple-iphone-4-smart-phone/ The sensorspecifications can be found at www.st.com/internet/analog/product/218132.jsp and www.st.com/internet/analog/product/250373.jsp,

respectively, for the accelerometer and rotationsensors

[3] Pendrill A-M and Williams G 2005 Swings andslides Phys. Educ. 40 527

[4] Zamperla A, Zambelli G and Comand A 2004Amusement apparatus Patent WO2004030781See also Zamperla.it who also have short movieof the ride in action

[5] VernierWireless Dynamic Sensor System www.vernier.com/labequipment/wdss.html

[6] Pendrill A-M 2008 Acceleration in 1, 2, and 3dimensions in launched roller coasters Phys.Educ. 43 483–91

[7] Pendrill A-M and Rodjegard H 2005 A rollercoaster viewed through motion tracker dataPhys. Educ. 40 522–6

Ann-Marie Pendrill is professor ofphysics at University of Gothenburg and,since 2009, the director of the SwedishNational Resource Center for PhysicsEducation.

Johan Rohlen is a PhD student in atomicphysics at University of Gothenburg.


Uppdaterad 29 aug 2011 12:12

Hon tror på liv i rymden Lovisa Ganslandt har träffat astronomen Maria Sundin inför bokmässan.

Astronomen Maria Sundin talar om liv i rymden på årets bokmässa.

Finns det liv i universum? - Jag tror att chanserna är relativt goda. Frågan är högaktuell inom forskningen. Det är först nu som forskare tar frågan på allvar och med nya instrument lär vi oss hela tiden

nya saker om förutsättningarna för liv och om dessa förutsättningar finns på andra platser än jorden.

Hur kan utomjordingar se ut? - Troligast rör det sig bara om liv i bakterieform. På jorden var det under flera miljarder

år bara bakterier som existerade, men vem vet... Skulle vi träffa på fullt utvecklade varelser så är min enda önskan att de är snälla. Vilken är din största upplevelse inom astronomin?

- I slutet av 90-talet kunde vi med hjälp av teleskopet Hubble fånga hur två galaxer kolliderade med varandra. Bilden spreds och hamnade bland annat i New York Times.

Det var riktigt stort. Hur ser en vanlig dag på jobbet ut för en astronom?

- Jag forskar ju kring galaxer, så snart ska jag börja leta efter nya solsystem. I höst håller jag även en kurs på Göteborgs universitet om kommunikation mellan stjärnor. Kursen ligger i gränslandet mellan astronomi och science fiction.

Lovisa Ganslandt PÅ BOKMÄSSAN

Torsdag 22 september diskuterar Maria Sundin med Peter Ekberg om hans nya bok Aliens! och chanserna för utomjordiskt liv.

Publicerad 29 aug 2011 12:06

URL till denna sidan http://www.expressen.se/gt/kultur/hon-tror-pa-liv-i-rymden

En utskrift från Expressens nätupplaga – Expressen.se

Foto: Science Photo Library

Page 1 of 1Hon tror på liv i rymden | Kultur GT

2012-02-13http://www.expressen.se/gt/kultur/hon-tror-pa-liv-i-rymden/?print=true

Documents

Samverkan 2011 Institutionen för Fysik · Lag (2009:45), §2. Institutionen för Fysik har under 2011 genomfört en lång rad aktiviteter inom verksamhetsområdet Samverkan och denna