ฉันไม่คาดคิดว่าโทรศัพท์ของฉันจะสามารถทำการทดลองฟิสิกส์นี้ได้ แต่ก็ทำได้

มีเพียงไม่กี่ส่วนประกอบของสมาร์ทโฟนที่ผู้ใช้ทั่วไปให้ความสนใจ และรายการส่วนใหญ่จะเริ่มจากหน่วยประมวลผล แบตเตอรี่ และหน้าจอ ในขณะที่แทบไม่มีใครคิดถึงตัวเซ็นเซอร์เฉพาะทางอย่างไจโรสโคปหรือเซ็นเซอร์วัดระยะ พวกมันเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดบางส่วนของอุปกรณ์ของคุณ พวกมันจ่ายพลังงานให้กับคุณสมบัติหลักที่คุณเองก็ไม่รู้ตัว เช่น เมื่อหน้าจอของคุณหมุนอัตโนมัติ หรือเมื่อหน้าจอดับหลังจากวางโทรศัพท์ชิดหูระหว่างโทร

นอกจากคุณสมบัติสำคัญเหล่านี้ที่เราแทบจะถือว่าเป็นเรื่องปกติแล้ว เซ็นเซอร์ในสมาร์ทโฟนของคุณยังทำหน้าที่เป็นเครื่องมือที่ซ่อนอยู่ซึ่งคุณสามารถใช้แก้ปัญหาในชีวิตประจำวันหรือทดสอบการทดลองในโลกจริง แอปจากบุคคลที่สามเช่น Physics Toolbox หรือ Phyphox จะช่วยปลดล็อกเครื่องมือเหล่านี้ ทำให้คุณสามารถใช้งานมันได้ตามต้องการ ผมได้ทดลองเอง และก็ไม่อยากจะเชื่อว่าสมาร์ทโฟนของผมสามารถใช้ซอนาร์ — ใช่ ซอนาร์นั้น — เพื่อระบุระยะห่างของวัตถุโดยใช้ความเร็วของเสียงได้ ด้วยโทรศัพท์สองเครื่อง คุณยังสามารถวัดความเร็วการเดินทางของคลื่นเสียงโดยใช้เครื่องมือ Acoustic Stopwatch ของ Phyphox ได้อีกด้วย

ทั้ง Sonar และ Acoustic Stopwatch ใช้งานได้ฟรีทั้งหมดในแอป Phyphox — นี่คือวิธีที่คุณสามารถลองทำการทดลองฟิสิกส์อัจฉริยะด้วยตัวเอง

ใช้โซนาร์วัดระยะทาง

ส่งเสียงจิ๊บเพื่อกำหนดว่าวัตถุอยู่ไกลแค่ไหน

โซนาร์ย่อมาจากการนำทางและการวัดระยะด้วยเสียง และมันทำงานโดยการส่งระเบิดเสียงสั้นๆ ที่จะสะท้อนจากวัตถุทางกายภาพในสิ่งแวดล้อมของคุณ เนื่องจากคุณทราบว่า ความเร็วเสียงประมาณ 340 เมตรต่อวินาที คุณสามารถประเมินระยะห่างของวัตถุนั้นได้โดยการวัดเวลาที่ใช้ในการสะท้อนกลับ เสียงของโทรศัพท์ของคุณมีลำโพงและไมโครโฟน ดังนั้นมันสามารถส่ง "เสียงจิ๊บ" ที่จะสะท้อนจากพื้นผิวในสิ่งแวดล้อมและตรวจจับโดยไมโครโฟนเมื่อมันกลับมา ระยะเวลาที่ใช้ เมื่อนำมาคูณกับความเร็วของเสียงแล้วหารด้วยสอง จะบอกระยะห่างของวัตถุนั้นได้

เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด คุณจำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ หากคุณเพียงใช้สมาร์ทโฟนในห้องใด ๆ เสียงจิ้งหรีดที่ปล่อยออกมาจะสะท้อนจากพื้นผิวรอบ ๆ ทุกอย่าง ส่งผลให้ได้ผลลัพธ์ที่ไม่สมบูรณ์ คุณต้องการให้เสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด และคุณสามารถสร้างสภาพแวดล้อมนี้ได้ด้วยการสร้างโล่เพื่อป้องกันการสะท้อนที่ไม่ต้องการ โล่ทำเองจากสิ่งของในบ้านทั่วไปอาจรวมถึงวัสดุกันกระแทกโฟม เบาะโซฟา หรือเสื้อผ้า

สุดท้าย คุณต้องมีวัตถุสะท้อนแสง — เช่น จาน — เพื่อตั้งชี้ไปที่ลำโพงและไมโครโฟนของโทรศัพท์ ใช้โล่ครอบโทรศัพท์ในทุกทิศทางยกเว้นด้านที่หันไปทางวัตถุสะท้อน

จากนั้น เปิดแอป Phyphox และเริ่มการทดลอง Sonar คุณจำเป็นต้องวางโทรศัพท์ของคุณในโล่ที่ทำเองเพื่อให้แอปจับเฉพาะเสียงสะท้อนและการสะท้อนที่คุณพยายามบันทึก กราฟระยะทางเรียลไทม์จะแสดงจุดสูงสุดเมื่แอปส่งเสียงชี้ เรด แอปจะคำนวณให้คุณและแสดงผลเป็นกราฟระยะทางแทนกราฟเวลา คุณสามารถเคลื่อนย้ายวัตถุสะท้อนใกล้หรือไกลออกไปและดูว่าแอปคำนวณระยะทางเฉพาะในการทดลองหลายครั้งได้อย่างไร

ลองใช้สต็อปวอทช์อะคูสติกในการวัดเสียง

ด้วยโทรศัพท์สองเครื่องและเทปวัดระยะ คุณสามารถหาความเร็วได้อย่างแม่นยำ

ในการวัดความเร็วของเสียงอย่างแม่นยำ คุณจะต้องใช้ฟีเจอร์ Acoustic Stopwatch ของ Phyphox โดยหลักการแล้ว มันทำงานร่วมกับโทรศัพท์สองเครื่องและสายวัดเพื่อหาความเร็วของคลื่นเสียง Acoustic Stopwatch จะเริ่มทำงานเมื่อมันตรวจจับเสียงดังเพียงพอ และจะหยุดเมื่อมันตรวจจับเสียงที่สองที่มีความดังใกล้เคียงกัน ดังนั้น ให้วางโทรศัพท์สองเครื่องในระยะห่างที่กำหนด และวัดระยะห่างระหว่างกันอย่างแม่นยำ

จากนั้น เริ่มการทดสอบนาฬิกาจับเวลาด้วยเสียง ให้แน่ใจว่าเสียงรบกวนรอบข้างไม่ได้ทำให้นาฬิกาจับเวลาทำงานหรือหยุดโดยไม่ตั้งใจ โดยการปรับระดับเกณฑ์เสียง จากนั้น เมื่อเสียงรบกวนพื้นหลังไม่ทำให้นาฬิกาจับเวลาทำงาน เริ่มการทดสอบ โดยให้มีคนยืนอยู่ข้างโทรศัพท์แต่ละเครื่อง ตบมือทีละคน การตบมือครั้งแรกจะเริ่มนาฬิกาจับเวลา ส่วนการตบมือครั้งที่สองจะหยุดนาฬิกาจับเวลา

กลเม็ดก็คือ การตบมือครั้งแรกจะเริ่มโทรศัพท์เครื่องแรกก่อนเครื่องที่สอง และการตบมือครั้งที่สองจะหยุดโทรศัพท์เครื่องที่สองก่อนเครื่องแรก คุณจะได้เวลาที่วัดได้แตกต่างกันบนโทรศัพท์ทั้งสองเครื่อง ความล่าช้าระหว่างโทรศัพท์แต่ละเครื่องสามารถคำนวณได้โดยการหารระยะห่างระหว่างโทรศัพท์ด้วยความเร็วของเสียง ใช้ค่าตัวเลขนั้น คุณสามารถคูณระยะห่างระหว่างโทรศัพท์ด้วยสอง แล้วหารผลลัพธ์ด้วยความล่าช้าที่คุณเพิ่งคำนวณ วิธีนี้จะให้ความเร็วของเสียงที่แม่นยำ

นี่คือการทดลองคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่ชาญฉลาดซึ่งต้องใช้เพียงโทรศัพท์สองเครื่องและตลับเมตรเท่านั้น หากคุณสับสนแนะนำให้ดูวิดีโอ Phyphox บน YouTube ด้านบน ทีมงานที่อยู่เบื้องหลังแอปฟรีทำหน้าที่ได้ดีในการสาธิตว่าทุกอย่างทำงานอย่างไรในการทดสอบในโลกจริง

ทุกอย่างอื่นที่คุณสามารถทำได้ด้วย Phyphox

นี่คือเคล็ดลับในการปลดล็อกเซ็นเซอร์ฮาร์ดแวร์ในโทรศัพท์ของคุณ

หลังจากที่คุณได้ลองทดสอบเหล่านี้ด้วยตัวเอง คุณจะสามารถสาธิตได้ว่าสมาร์ทโฟน (หนึ่งหรือสองเครื่อง) สามารถใช้วัดระยะของวัตถุและคำนวณความเร็วของเสียงได้อย่างไร นี่เป็นการสาธิตที่น่าทึ่งจริง ๆ เพราะพวกเราส่วนใหญ่จะนึกถึงภาพการสำรวจใต้ทะเลลึกเมื่อคิดถึงโซนาร์ ใช่ สมาร์ทโฟนของคุณก็สามารถใช้โซนาร์ได้เช่นกัน — แม้ว่าการได้ค่าที่แม่นยำอาจจะยาก และด้วยเครื่องจับเวลาเสียง คุณสามารถวัดเวลาระหว่างเหตุการณ์เสียงสองเหตุการณ์และคำนวณความเร็วของเสียงโดยใช้ผลลัพธ์นั้น

การใช้งาน Phyphox เหล่านี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้น คุณยังสามารถใช้แอปเพื่อทดลองเซ็นเซอร์ของสมาร์ทโฟนรวมถึงแสง, การตรวจวัดความใกล้, ไจโรสโคป, เครื่องวัดแม่เหล็ก และอื่น ๆ อีกมากมาย มันฟรีทั้งหมด และทำให้คุณใช้เซ็นเซอร์ที่คุณไม่เคยรู้มาก่อนว่ามีอยู่ในอุปกรณ์ของคุณได้