Smartphones and the Equivalence Principle

Another paper has been published (finally, after a long wait). This one is about the relationship between the acceleration measured in the laboratory frame and the acceleration measured by the smartphone's sensors. This is an issue closely related to the Equivalence Principle, the key concept behind Einstein's Theory of General Relativity.



Monteiro, Martín, Cabeza, Cecilia & Marti, Arturo C. (2015)
"Acceleration measurements using smartphone sensors: Dealing with the equivalence principle."
Revista Brasileira de Ensino de Física, 37(1), 1303. 

Acceleration sensors built into smartphones, i-pads or tablets can conveniently be used in the physics laboratory. By virtue of the equivalence principle, a sensor fixed in a non-inertial reference frame cannot discern between a gravitational field and an accelerated system. Accordingly, acceleration values read by these sensors must be corrected for the gravitational component. A physical pendulum was studied by way of example, and absolute acceleration and rotation angle values were derived from the measurements made by the accelerometer and gyroscope. Results were corroborated by comparison with those obtained by video analysis. The limitations of different smartphone sensors are discussed.

Key words: smartphones; acceleration measurements; smartphone sensors

RESUMO

Recentemente, os sensores disponíveis em vários modelos de smartphones, iPads ou tablets têm-se revelado muito úteis em laboratórios de física. Em particular, tem sido proposto o uso de acelerômetros em muitas experiências. Em virtude do princípio da equivalência, um sensor fixado em um sistema de referência não-inercial não pode discernir entre um campo gravitacional e um sistema com aceleração. Assim, os valores de aceleração medidos por este sensor devem ser corrigidos considerando-se o componente gravitacional. Neste trabalho um pêndulo físico é estudado e a aceleração absoluta e o ângulo de rotação são obtidos a partir de medições feitas com o acelerômetro e o sensor de rotação. Os resultados obtidos pelos sensores são comparados com as medições obtidas a partir da análise do vídeo do movimento. Finalmente são discutidas as limitações dos vários sensores.

Palavras-Chave: smartphone; medidas de aceleração; sensores para smartphones


(c) 2015 Sociedade Brasileira de Física.
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