Diese App ist immer auf der Höhe

  • 04. December 2015

Mit Android-Apps lässt sich über eine Luftdruckmessung die Höhe eines Ortes mit dem Smartphone schnell und unkompliziert bestimmen.

Smartphones besitzen inzwischen häufig Luftdrucksensoren. Der Grund liegt vermutlich darin, dass der Luftdruck nicht nur vom Wetter, sondern auch von der Höhe abhängt. GPS-Messungen liefern zwar sehr genaue horizontale Ortsangaben, aber vergleichsweise ungenaue Höhenangaben. Außerdem benötigt die Höhenbestimmung per GPS vergleichsweise viel Energie und ist in der Regel nur unter freiem Himmel möglich. Eine Berechnung der Höhenänderung über die Änderung des Luftdrucks ist hingegen nicht nur genauer und kann die GPS-Messung ergänzen, sondern ist auch innerhalb von Gebäuden möglich und schont den Akku.

Die Messung des Luftdrucks erfolgt dabei mit Hilfe einer sehr dünnen Siliziummembran mit eingelassenen piezoresistiven Dehnungsstreifen, die ihren Widerstand bei Verformung ändern. Da sich die Membran abhängig vom Luftdruck verformt, lässt sich aus der Messung des elektrischen Widerstands der piezoresistiven Dehnungsstreifen der umliegende Luftdruck berechnen. Die hierzu benötigten Sensoren sind mit 2 mm x 2,5 mm äußerst klein und weisen eine Absolutgenauigkeit von etwa 0,1 hPa auf, was einem Höhenunterschied von knapp einem Meter entspricht.

Zu beachten ist, dass immer der tatsächlich herrschende, absolute Luftdruck angegeben wird, während der Wetterbericht den Luftdruck angibt, der an dem Ort herrschen würde, wenn er auf Meereshöhe läge. Ein gutes klassisches Barometer wird deshalb beim Kauf auf den Ort eingestellt, an dem es sich dauerhaft befindet.

Die absolute Höhe lässt sich mit Luftdrucksensoren alleine nur unzureichend bestimmen, da der Luftdruck zeitlich gesehen an einem Ort nicht über längere Zeiträume konstant ist. Man kann das Barometer im Smartphone jedoch kalibrieren und auch zur Bestimmung absoluter Höhen verwenden, indem man über mehrere Minuten hinweg aus dem stark schwankenden GPS-Signal einen verhältnismäßig genauen Höhenwert für den jeweiligen Ort ermittelt. Alternativ kann man auch über das Internet die Höhen-, Temperatur- und Luftdruckdaten einer nahen Wetterstation abfragen.

Die werbefreie Android-App "Höhenmesser" berechnet mit Hilfe einer internationalen Höhenformel direkt aus dem gemessenen Luftdruck die aktuelle Höhe. Ist diese am gemessenen Ort beispielsweise aufgrund einer Höhenangabe auf einer Wanderbeschilderung bekannt, kann sie über den Menüpunkt „Referenzhöhe setzen“ angegeben werden. Entsprechend wird der Druck p(h0) in der Berechnung geändert und ab dann die aktuelle Höhe bei einer Wanderung relativ unkompliziert richtig bestimmt. Der ohne gesetzte Referenzhöhe bestimmte Höhenwert kann nur als Näherung der wirklichen Höhe betrachtet werden

Etwas umfangreichere Möglichkeiten bietet die werbefinanzierte Android-App "Genaue Höhenmesser kostenlos" (Abbildung 1).

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Abb. 1 Luftdruck- und Höhenanzeigenbei der App "Genaue Höhenmesser kostenlos".

Mit diesen Apps lässt sich zum Beispiel ein zunächst verblüffender Effekt beobachten, wenn man in einer U-Bahn ganz hinten sitzt. Dann steigt der Luftdruck beim Anfahren um etwa 0,3 hPa über den zuvor gemessenen Wert an, während er beim Abbremsen um 0,3 hPa unter diesen fällt. Erklärt werden kann dieser Effekt mit der Trägheit der Luft, die sich beim Beschleunigen im hinteren und beim Abbremsen im vorderen Teil der Personenkabine anstaut und in Folge dort den Luftdruck verändert.

Im Flug- oder Offline-Modus lässt sich auch während eines Fluges der Luftdruck bestimmen. Abbildung 2 zeigt eine typische Beispielmessung mit der App "Höhenmesser" in einem großen Passagierjet.

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Abb. 2 Veränderung des Luftdrucks während eines zweistündigen Fluges in einem Linienflug.

Der Luftdruck steigt beim Starten und beim Landen leicht über den äußeren Luftdruck an. Nach dem Start fällt er zunächst nahezu linear ab, bis er einen Wert von etwa 780 hPa erreicht. Während des Landeanflugs nimmt der Luftdruck im Flugzeug dann wieder linear zu. Der Minimaldruck entspricht dem in einer Höhe von circa 2100 m. Dies entspricht den internationalen Vorschriften, wonach sich der Druck in einem Bereich befinden muss, der einem Höhenbereich von -60 m bis +2438 m entspricht. Ab einer Höhe von 2600 m ist die Dichte der Atemluft so gering, dass eine zuverlässige Versorgung des (untrainierten) menschlichen Körpers mit Sauerstoff nicht mehr sichergestellt ist.

Jan-Philipp Burde, Thomas Wilhelm, Uni Frankfurt; Jochen Kuhn, TU Kaiserslautern

Mehr über die Handhabung der beiden Apps finden Sie in der jüngsten Ausgabe von Physik in unserer Zeit, wo der Originalbeitrag erschienen ist (Download nur mit Online-Abo).

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