关键概念
物理学
运动
位置
速度
加速度
测量
介绍
你有没有玩过使用运动控制器的视频游戏？你有没有想过为什么有时智能手机似乎“知道”你在移动？这些电子设备是如何测量运动的？尝试这个活动来找出答案！
背景知识
你可能熟悉我们用来测量距离和速度的单位。在美国，我们可能会说某人身高 5 英尺 11 英寸（测量距离），或者我们在高速公路上以每小时 55 英里的速度行驶（测量速度，速度是单位时间内行进的距离）。科学家使用公制系统，用米 (m) 测量距离，用米每秒 (m/s) 测量速度。
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为了达到一定的速度，物体通常需要加速或减速。你可能会用“加速”来描述正在加速的东西（例如汽车在红灯后加速），或者用“减速”来描述正在减速的东西（例如汽车踩刹车）。我们可以进一步探讨这些概念。速度衡量距离变化的速度，而加速度衡量速度变化的速度。这使得加速度的单位听起来有点奇怪：米每秒每秒——或者“米每秒平方” (m/s2)。如果物体具有恒定速度，例如汽车在高速公路上使用巡航控制，则其加速度为零。如果速度发生任何变化，则加速度不为零。例如，如果汽车停在红绿灯处，则其速度为 0 m/s。如果它加速，并且两秒后速度变为 10 m/s，则其加速度为 5 m/s2。过山车乘客可以体验高达约 60 m/s2 的加速度，战斗机飞行员可能会在短时间内体验高达 90 m/s2 的加速度！如果这一切听起来令人困惑，请不要担心——你可以简单地将加速度理解为某物加速或减速的速度（如果它正在减速，则该数字将为负数）。
所有这些与智能手机和视频游戏控制器有什么关系呢？加速度可以用一种叫做加速度计的小型电子设备来测量。现在大多数智能手机都包含内置加速度计，并且可以运行显示加速度计读数的应用程序。因此，如果您想探索周围世界中的运动，您只需要一部智能手机！
材料
具有互联网访问权限并允许下载和安装应用程序的智能手机或平板电脑
柔软的表面，例如枕头、床或沙发
成人（帮助验证和下载应用程序）
游乐场（可选）
尼龙搭扣带（或其他方法），用于将手机固定到您的手臂或腿上（可选）
可乘坐的交通工具，例如自行车、汽车、公共汽车等（可选）
准备工作
请成人帮助您在智能手机或平板电脑上搜索和下载“加速度计”应用程序。有很多免费选项可用，但某些应用程序可能已启用广告或应用内购买。
了解您的加速度计应用程序。有些应用程序只会显示屏幕上的数字，而另一些应用程序会显示仪表或图形。允许您记录数据并自动查找最小值和最大值的应用程序最适合此项目。
大多数加速度计应用程序将显示三个加速度读数，标签为“X”、“Y”和“Z”。这些对应于您的手机在三维空间中的运动。
通常，如果您将手机屏幕朝上平放在桌子上，“X”加速度将是任何左右移动，“Y”加速度将是设备顶部或底部方向的任何移动，而“Z”加速度将是任何上下移动（桌子表面上方或下方）。
某些应用程序可能会让您选择组合来自所有三个方向的读数，并显示组合或总加速度。
确保应用程序正常工作：挥动您的手机，您应该看到数字发生变化。
步骤
测量您在日常生活中做出的“典型”动作的加速度。当您四处走动、坐下/站起来、上下楼梯等时，将手机握在手中或放在口袋里。您测量的加速度有多大？
现在测量“快速”动作的加速度。尝试跳跃、跑步、旋转或挥舞手臂（小心不要掉落手机！）。这些加速度有多大？
尝试将手机从较短的距离掉落到柔软的表面上，例如枕头、床或沙发。当手机撞击地面时，加速度是多少？您认为如果手机从更高的地方掉下来或落在坚硬的表面上，加速度会更大吗？（不要测试那个！）
以恒定速度移动有多困难？将手机放在桌子上，然后尝试在 X 或 Y 方向推动它。您能使相应的加速度读数保持为零吗？
额外尝试：尝试倾斜手机而不移动它。加速度读数是否会根据您倾斜手机的方式而变化？
额外尝试：在游乐场进行加速度读数。当您滑下滑梯、荡秋千或爬上单杠时会发生什么？您在哪里体验到最大的加速度？
额外尝试：从您身体的不同部位获取加速度读数。您可以使用尼龙搭扣（或其他）带子将手机固定到您的手臂或腿上。跑步时，您身体的哪个部位经历的加速度最大？哪个部位最小？
额外尝试：在交通工具中进行测量。当您骑自行车（骑车时不要看手机！）或乘坐汽车或公共汽车时，加速度是多少？
观察与结果
当您在拿着手机进行常规运动时，您应该可以轻松测量高达约 10 m/s2 的加速度。智能手机、健身追踪器和计步器可以跟踪这些加速度的变化，以计算一个人一天中走了多少步。
如果您将手机放在口袋里而不是拿着它，加速度可能会稍微高一些，因为它会更多地弹跳。更快的运动，例如挥动手机，可能会导致加速度超过 50 m/s2——接近乘坐过山车的人所感受到的加速度。一些电子设备（例如笔记本电脑）实际上具有“跌落检测器”，如果它们检测到过高的加速度，将自动断电以帮助防止损坏。（再次强调，不要测试这个！）
如果您发现仅通过倾斜手机就可以改变加速度读数，您可能会感到困惑。毕竟，手机没有移动——它的速度为零，那么加速度不也应该为零吗？这是因为加速度计还会检测到重力引起的加速度，重力加速度为 9.8 m/s2。当您倾斜手机时，重力相对于手机机身的方向会发生变化。即使手机静止不动，这也会导致 X、Y 和 Z 加速度读数因哪个方向朝下而异。这就是视频游戏中的运动控制（例如，倾斜控制器在赛车游戏中转向）的工作原理。
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本活动与 Science Buddies 合作推出
