Physics Toolbox
por Vieyra Software
Información Sobre
Sensores & Generadores
Explore esta página para aprender sobre cada uno de los sensors en su dispositivo móvil. Algunos de los modos en Physics Toolbox usan más de un sensor. Busque el texto en verde para identificar los modos que usan cada sensor.
Los videos de YouTube se pueden traducir al español al seleccionar los subtítulos y escoger el idioma deseada.
Fuerza G (Sensor Inercial)
Modos que usan este sensor
Fuerza G
Accelerómetro lineal
Montaña Rusa
Inclinómetro
Descripción
El medidor de Fuerza G mide la relación entre la fuerza normal y la fuerza gravitacional (FN / Fg) en tres dimensiones. La fuerza g cambia cuando el dispositivo móvil acelera: acelera, desacelera o cambia de dirección. Cuando el dispositivo móvil no está acelerando y está boca arriba con respecto a la superficie de la tierra, lee valores de fuerza g de 0, 0, 1. Esto significa que una fuerza normal solo se experimenta en la dirección hacia arriba, y que tiene la misma fuerza que la fuerza de gravedad. Un objeto que experimenta una fuerza g vertical de 2 siente una fuerza dos veces más fuerte que la de la gravedad en la dirección ascendente (que se interpreta como “sentirse el doble de pesado”). Un objeto que experimenta una fuerza g de 0 está en caída libre (lo que se interpreta como "sentirse ingrávido").
Principio de Operación
Los datos de la fuerza G se extraen directamente del acelerómetro. Los acelerómetros a menudo vienen en dos sabores: voladizos piezorresistivos y capacitativos. Los voladizos piezorresistivos son protuberancias de silicio, a veces elaboradas con una paleta en el extremo que sirve como masa inercial. A medida que el dispositivo móvil acelera, el voladizo se dobla, cambiando la resistencia del silicio, que se interpreta como aceleración. Alternativamente, un acelerómetro capacitivo contiene tres masas inerciales en forma de peine unidas a resortes, con una en cada dimensión. Cuando el dispositivo móvil no está acelerando y está acostado, se mide una fuerza g total de 1 debido a la fuerza gravitacional que tira hacia abajo (y la fuerza de reacción hacia arriba resultante de igual fuerza). Cuando el dispositivo móvil acelera, una o más masas inerciales a lo largo de las direcciones de aceleración se mueven en presencia de placas de condensadores entre las masas en forma de peine, variando el potencial eléctrico a través de las placas. El cambio en el potencial eléctrico a través de las placas se interpreta como aceleración y un cambio en la fuerza g.
Recursos Adicionales
How a Smartphone Knows Up from Down
Bosch Acceleration Sensor Technical Specifications
Accelerómetro Lineal (Sensor Inercial + Manipulación de Datos)
Modos que usan este sensor
Fuerza G
Accelerómetro Lineal
Montaña Rusa
Descripción
El acelerómetro lineal mide la aceleración en línea recta en tres dimensiones diferentes. La aceleración lineal cambia cuando el dispositivo móvil acelera, desacelera o cambia de dirección. Cuando el dispositivo móvil está en reposo con respecto a la superficie de la tierra, lee valores de aceleración de 0, 0, 0. La aceleración lineal difiere de la aceleración general. Esto se debe a que los ingenieros suelen interpretar el desplazamiento de la masa inercial en la dirección z como la aceleración relativista de un objeto en la superficie de una tierra en rotación. Esto es exacto cuando se considera a toda la Tierra como marco de referencia, pero no es exacto cuando se considera un marco de referencia local.
Principio de Operación
La aceleración lineal se deriva del medidor de fuerza g, pero también utiliza el giroscopio y el magnetómetro para anular los efectos del campo gravitacional de la tierra en el sensor. El acelerómetro contiene masas inerciales en voladizo o en forma de peine unidas a resortes, con una en cada dimensión. (Consulte la información sobre el medidor de fuerza g, el giroscopio y el magnetómetro).
Recursos Adicionales
How a Smartphone Knows Up from Down
Bosch Acceleration Sensor Technical Specifications
Giroscopio (Sensor Inercial)
Modos que usan este sensor
Accelerómetro Lineal
Giroscopio
Montaña Rusa
Brújula
Clinómetro
Descripción
El giroscopio mide la velocidad de rotación alrededor de tres ejes.
Principio de Operación
El giroscopio a menudo se compone de una o un par de masas inerciales en forma de peine que pueden moverse libremente a lo largo de un plano. Una pequeña corriente eléctrica hace que los marcos de las estructuras en forma de peine resuenen en una sola dimensión. Cuando el dispositivo móvil gira, la estructura en forma de peine comienza a moverse fuera de la dirección única de vibración resonante. Esto se debe al efecto Coriolis, a menudo atribuido a la fuerza de Coriolis (una fuerza falsa) que resulta de diferentes marcos de referencia. A medida que el dispositivo móvil gira, la masa en forma de peine se mueve en presencia de placas de condensadores entre las estructuras en forma de peine, variando el potencial eléctrico a través de las placas. Los cambios en el potencial eléctrico debido a la diferencia en la dirección de la vibración en comparación con un sistema no giratorio se interpretan como una velocidad de rotación.
Recursos Adicionales
Working Principle of a Gyroscope
How MEMS Accelerometer, Gyroscope, Magnetometer Work
Barómetro
Modos que usan este sensor
Barómetro
Montaña Rusa
Descripción
El barómetro mide la presión ambiental del dispositivo móvil.
Principio de Operación
El barómetro contiene una pequeña cavidad llena de gas que está completamente cerrada. La parte superior de la cavidad está cubierta con una membrana que tiene una red de resistencias incrustadas en su interior. A medida que la presión aumenta o disminuye, la membrana cambia de forma. Como resultado del cambio de forma, las resistencias de la membrana experimentan cambios en la estructura cristalina, que luego cambia su resistividad. Los cambios en la resistencia a través de la membrana se interpretan como cambios en la presión atmosférica.
Recursos Adicionales
Working Principle of a Pressure Sensor
Montaña Rusa (Sensor Combinado)
Modos que usan este sensor
Montaña Rusa
Descripción
La herramienta de montaña rusa está compuesta por una serie de sensores útiles para el análisis de montaña rusa, incluidos el medidor de fuerza g, el giroscopio y el barómetro.
Principios de Operación
(Vea la información sobre Fuerza G, Giroscopio, y Barómetro).
Higrómetro (Sensor de Unidad Ambiental Integrado)
Modos que usan este sensor
Higrómetro (disponible en un número muy limitado de teléfonos inteligentes)
Descripción
El higrómetro mide la humedad relativa del aire. Esto se mide como un porcentaje de la capacidad de agua del aire, basado en la temperatura del aire.
Principio de Operación
El higrómetro incluye un pequeño chip con una membrana en el medio sostenida por uno o más voladizos que pueden medir la tensión. A medida que el agua se acumula en la membrana, se filtra. Una mayor tensión en el voladizo cambia su resistencia, lo que se interpreta como un cambio en la humedad relativa. Este valor se cuantifica con respecto a la temperatura ambiente. (Consulte la información del termómetro).
Recursos Adicionales
Bosch Integrated Environmental Unit Sensor Technical Specifications
Termómetro (Sensor de Unidad Ambiental Integrado)
Modos que usan este sensor
Termómetro (disponible en un número muy limitado de teléfonos inteligentes)
Descripción
El termómetro mide la temperatura ambiente.
Principio de Operación
El termómetro está compuesto por múltiples micro termopares incrustados en una membrana. Los termopares están hechos de dos pequeñas piezas de alambre de metal de diferente material, conectadas en uno o dos puntos diferentes llamados uniones. Cuando una unión experimenta un cambio de calor, el potencial eléctrico medido entre los dos metales también cambia y se interpreta como temperatura.
Recursos Adicionales
Bosch Integrated Environmental Unit Sensor Technical Specifications
Proxímetro
Modos que usan este sensor
Proxímetro
Descripción
El proxímetro detecta la presencia de un objeto a unos pocos centímetros de distancia del sensor.
Principio de Operación
El proxímetro consta de dos partes: un diodo emisor de luz infrarroja y un fotodiodo de detección de infrarrojos. El diodo emisor de luz infrarroja envía constantemente luz invisible para el ojo humano. Cuando un objeto se acerca al sensor, estas ondas de luz se reflejan hacia el dispositivo móvil y son absorbidas por el fotodiodo de detección de infrarrojos. La presencia o ausencia de la luz infrarroja reflejada se interpreta como un objeto presente o no presente cerca del sensor.
Recursos Adicionales
Photodiode Theory of Operation
Regla
Modos que usan este sensor
Regla
Descripción
La herramienta de regla mide la distancia vertical entre dos puntos de contacto en la pantalla.
Principios de Operación
Los teléfonos inteligentes utilizan pantallas táctiles capacitivas para identificar los puntos de contacto de un dedo conductor, lápiz óptico u otro objeto. Las pantallas se fabrican con una rejilla electrostática formada por líneas muy finas de metal, que pueden almacenar electrones en exceso. Los electrodos aplican un voltaje bajo a la red. Cualquier objeto conductor que se acerque mucho a la pantalla o la toque, distorsionará ligeramente el campo eléctrico. Se miden las caídas de voltaje y la ubicación de estas caídas se interpreta como un punto de contacto.
Recursos Adicionales
Magnetómetro
Modos que usan este sensor
Magnetómetro
Brújula
Descripción
El magnetómetro mide el campo magnético en tres dimensiones y también se puede utilizar para medir el campo magnético total.
Principio de Operación
Most magnetometers use either the Hall effect or the magneto-resistive effect. Magnetometers that use the Hall effect are composed of a flat conductive plate in each dimension through which flows an electric current. The presence of an external magnetic field causes the electrons to deviate from their straight path to a curved path, polarizing the plate perpendicular to the flow of electrons. This polarization can be measured as a difference in potential across the sides of the plate. A greater potential difference across the sides of the plate is interpreted as an increase in magnetic field strength in that given dimension. Magnetometers that use the magneto-resistive effect are composed to permanent magnets in a circuit. As the magnet is exposed to external magnetic fields, the resistance of the magnet in the circuit changes.
Additional Resources
How MEMS Accelerometer, Gyroscope, Magnetometer Work
Brújula (Sensor Combinado)
Modos que usan este sensor
Brújula
Descripción
La brújula muestra la dirección de un campo magnético total apuntando en la dirección del sur magnético (sin un campo magnético externo fuerte que no sea el campo geomagnético de la Tierra, esto generalmente se interpreta como norte geográfico). La brújula también proporciona un nivel de burbuja, que utiliza información del medidor de fuerza g.
Principio de Operación
La brújula utiliza datos del magnetómetro y apunta hacia la fuente magnética austral más fuerte. (Consulte la información del Magnetómetro).
Recursos Adicionales
How MEMS Accelerometer, Gyroscope, Magnetometer Work
GPS
Modos que usan este sensor
GPS
Description
The GPS sensor measures position (latitude, longitude, and altitude and, speed, and identifies the number of visible GPS satellites.
Operating Principle
The smartphone detects radio signals from satellites that carry a precise time stamp derived from an atomic clock. The smartphone receives the transmission by detecting the incoming radio waves using precise antennas that measure disturbances in the surrounding electromagnetic field by resonating at frequencies that match the GPS radio frequencies. By observing the time it took for the radio signal to arrive, it can determine its distance from the satellite using the known speed of light (with some corrections due to relativistic effects). This is done with at least four satellites for the phone to determine its position from multiple directions, allowing the smartphone to determine its x, y, and z (altitude) coordinates on the surface of the earth.
Additional Resources
How does your smartphone know your location?
Demonstrating GPS Trilateration
Clinómetro (Sensor Inercial)
Modos que usan este sensor
Clinómetro
Descripción
El clinómetro mide el ángulo del dispositivo móvil en los planos x, y, z.
Principio de Operación
El clinómetro utiliza datos del medidor de fuerza G mientras el dispositivo móvil se mantiene en reposo (consulte la información del medidor de fuerza G). Cuando el dispositivo móvil se mantiene paralelo al plano x, y, o z, como cuando se mantiene plano, toda la fuerza gravitacional se detecta en una sola dirección. Cuando el teléfono se inclina fuera del plano en cualquier dirección, la fuerza gravitacional ahora aparece como componentes en cada uno de los planos. Estos componentes se calculan utilizando trigonometría estándar para determinar el ángulo en el que se sostiene el dispositivo móvil.
Recursos Adicionales
How a Smartphone Knows Up from Down
Medidor de Luz
Modos que usan este sensor
Medidor de luz
Descripción
El fotómetro mide la intensidad de la luz ambiental en el rango visible.
Operating Principle
El fotómetro es un fotorresistor, compuesto por un semiconductor que solo permite que la corriente fluya cuando las ondas de luz que lo golpean tienen una banda precisa de frecuencias. Se colocan un filtro IR y UV sobre el fotorresistor, lo que limita el tipo de ondas que pueden llegar al semiconductor para estar en el espectro visible. A medida que aumenta el número de ondas de luz que golpean el fotorresistor, aumenta la corriente, y esto se interpreta como un aumento en la intensidad de la luz.
Recursos Adicionales
Detector de Colores
Modos que usan este sensor
Detector de Colores
Descripción
El detector de color le pide al usuario que seleccione una ubicación en la pantalla, luego interpreta el color en ambos valores hexadecimales y su nombre común.
Operating Principle
Los sensores de color de los dispositivos móviles, que se utilizan para grabar y reproducir imágenes en la pantalla, utilizan una serie de filtros de colores sobre un plano lleno de fotodiodos visibles sensibles a la luz. Para detectar colores de luz individuales, se colocan filtros que representan los colores primarios de la luz (rojo, verde y azul) sobre cada fotodiodo, de modo que cada fotodiodo solo reciba luz roja, verde o azul. La información recibida por estos fotodiodos se puede organizar y combinar para determinar la combinación de colores total percibida por el ojo humano.
Recursos Adicionales
Medidor de Sonido (Micrófono)
Modos que usan este sensor
Medidor de Sonido
Detector de Tono
Osciloscopio
Analizador de espectro
Espectrograma
Descripción
El medidor de sonido registra la intensidad del sonido.
Principio de Operación
El sensor del sonómetro está compuesto por un micrófono capacitivo. El micrófono está compuesto por una membrana conductora que se flexiona cuando recibe ondas sonoras. Una placa conductora sólida perforada se coloca detrás de la membrana conductora. Cuando la membrana flexible se mueve en respuesta a las ondas sonoras, cambia la diferencia de potencial entre la membrana y la placa posterior. Estos cambios se interpretan como detección de sonido, y las mayores diferencias se interpretan como mayor intensidad.
Recursos Adicionales
Detector de Tono (Micrófono + Manipulación de Datos)
Modos que usan este sensor
Detector de Tono
Descripción
El detector de tono utiliza el sensor del medidor de sonido para determinar el tono más fuerte de un sonido y emite tanto la frecuencia numérica del tono como la letra que representa su nota musical más cercana.
Principio de Operación
Se graba una muestra de sonido durante un breve período de tiempo utilizando el micrófono (consulte la información del sensor de micrófono) y se aplica un análisis de Transformada rápida de Fourier (FFT) a la onda de sonido observada, que contiene una amplia gama de frecuencias y amplitudes. La FFT rompe la onda de sonido observada en sus ondas sinusoidales componentes de varias amplitudes y frecuencias, y crea un histograma de los datos. La frecuencia más destacada de la muestra de sonido se muestra numéricamente.
Recursos Adicionales
Fourier Transform, Fourier Series, and Frequency Spectrum
Osciloscopio (Micrófono + Manipulación de Datos)
Modos que usan este sensor
Osciloscopio
Descripción
El osciloscopio muestra la onda de sonido que representa una muestra de sonido observada.
Operating Principle
Se graba una muestra de sonido durante un breve período de tiempo utilizando el micrófono (consulte la información del sensor de micrófono) y se aplica un análisis de Transformada rápida de Fourier (FFT) a la onda de sonido observada, que contiene una amplia gama de frecuencias y amplitudes. La FFT rompe la onda de sonido observada en sus ondas sinusoidales componentes de varias amplitudes y frecuencias, y crea un histograma de los datos. La frecuencia más destacada de la muestra de sonido se muestra numéricamente.
Recursos Adicionales
Analizador de Espectro (Micrófono + Manipulación de Datos)
Modos que usan este sensor
Analizador de Espectro
Descripción
El analizador de espectro de audio utiliza el sensor del sonómetro para determinar las amplitudes (medidas en unidades acústicas) de las múltiples frecuencias que componen un sonido. Genera un gráfico de amplitud frente a frecuencia y muestra numéricamente la frecuencia con la mayor amplitud.
Principio de Operación
Se graba una muestra de sonido durante un breve período de tiempo utilizando el micrófono (consulte Información del sensor de micrófono). Utilizando los cambios de potencial registrados por el sonómetro, la onda sonora se reinterpreta en el tiempo y el espacio y se muestra visualmente mostrando las amplitudes de cada frecuencia registrada.
Recursos Adicionales
Fourier Transform, Fourier Series, and Frequency Spectrum