С момента создания первого мобильного телефона устройство существенно изменилось: размеры уменьшились, а функциональные и энергетические возможности возросли. Был пройден путь от телефона, предназначенного для голосового общения между людьми, до смартфона («интеллектуального» телефона) – по сути, мини-компьютера, способного воспроизводить видео, фотографировать и управлять устройствами на расстоянии. И хотя сейчас смартфоны используются в основном для связи, общения и игр, они содержат в себе много сложных датчиков, которые расширяют функциональные возможности, облегчают использование, считают количество шагов и экономят заряд батареи.
Для исследователя такое техническое устройство – это не просто телефон. Ибо с помощью датчиков давления и температуры можно проводить эксперименты по термодинамике, а с помощью оптических датчиков (датчиков расстояния и камеры) – эксперименты в области оптики и микроскопии. Акселерометры и гироскопы в свою очередь дают возможность ставить опыты в области механики. Датчики магнитного поля и электромагнитных волн, например, позволяют провести опыт по приему и передаче электромагнитных сигналов. Датчиков столько, что их иногда трудно собрать в одной лаборатории. Словом, смартфон стал больше похож на настоящую мини-лабораторию, чем просто на средство связи.
Есть много бесплатных приложений, которые дают доступ к этим датчикам и даже позволяют записывать данные в режиме реального времени. Здесь можно упомянуть, например, такие приложения, как Phyphox, Sensor Kinetics и Physics Toolbox Suite. Их можно использовать для записи данных, полученных с каждого датчика, и передавать их на компьютер для дальнейшего анализа. Зачастую можно анализировать собранную информацию прямо на смартфоне.
Подобно фотонике – области исследований, которая занимается фотонами и светом – или генетике, которая изучает гены, появился термин «смартфоника». Он описывает использование смартфонов в научных исследованиях. В этой книге мы расскажем, как использовать датчики смартфонов в научных целях для проведения экспериментов в области механики, акустики и оптики. Некоторые открытия позволят говорить об использовании смартфонов и в других областях: это химия и геофизика, биология и спорт, а также астрофизика.
Смартфон становится незаменимым инструментом исследователя, он все чаще используется в научных лабораториях для проведения измерений и анализа полученных данных. Нередко в исследованиях необходимо дополнять смартфон отдельными устройствами, которые к нему могут подключаться. В книге представлены лишь относительно простые для проведения эксперименты, доступные для большинства обладателей смартфонов. Экспериментальные исследования становятся доступными для всех. Практиковаться можно где угодно! Определить массу Земли на основе эксперимента со свободным падением (острые ощущения гарантированы), измерить угол наклона самолета, вычислить коэффициент трения поверхности стола.
А еще можно увидеть пиксели на экране и посчитать скорость звука, дунув в бутылку, проследить подъем пузырьков в шампанском или пиве (в зависимости от бюджета!). Словом, проводить научные эксперименты в увлекательной форме становится очень просто. А с учетом большого количества пользователей смартфонов заниматься наукой можно повсеместно и коллективно.