diff --git a/experiment_report/README.md b/experiment_report/README.md new file mode 100644 index 0000000..2ec7b82 --- /dev/null +++ b/experiment_report/README.md @@ -0,0 +1,190 @@ +# Experiment: Sichtbarkeit von Licht ohne Streumittel + +## Purpose + +Untersuchung, ob Licht ohne Streumittel im Raum sichtbar wird. + +**Problemstellung:** Licht wird nur sichtbar, wenn es an Partikeln oder Oberflächen gestreut oder reflektiert wird. Ziel war die empirische Überprüfung dieser Bedingung durch Feldmessungen ohne Nebel oder Staub. + +**Ziele:** +- Vergleich physikalischer Messwerte mit subjektiver Wahrnehmung. +- Analyse der Sichtbarkeit von LED-Lichtkegeln in partikelfreier Luft. +- Vergleich von Reflexionseffekten auf unterschiedlichen Oberflächen. + +## Kontext & Hintergrund + +Sensorlogs mit Intensitäts- und Spektralwerten, ergänzt durch subjektive Wahrnehmungsnotizen. + +**Gruppierung:** +- Luftmessungen +- Messungen mit Reflektorplane +- Reflexionen an Wasser + +**Trace-Metadaten / zusätzliche Tags:** +- Zeitstempel +- GPS-Koordinaten +- Spektralverlauf +- LED-Intensität + +**Domänenkontext:** +- Optik +- Lichtstreuung +- Wahrnehmungspsychologie +- Experimentaldokumentation + +**Outlier-Definition:** +- Methode: Manuelle Sichtung der Logdaten +- Beschreibung: Identifikation unplausibler Intensitätssprünge (>±1%) oder Sensorfehler. +- Metrik: ΔIntensität / lm-Abweichung + +**Motivation:** +- Überprüfung physikalischer Theorie über Lichtstreuung. +- Erforschung der Differenz zwischen objektiver Messung und subjektiver Wahrnehmung. +- Praxisbeispiel für Licht- und Wahrnehmungsexperimente unter Realbedingungen. + +## Methode / Spezifikation + +**Übersicht:** +- Drei LED-Strahler (6500 K, 10 000 lm) in gleichmäßiger Anordnung. +- Verkabelung zu zentralem Verteiler mit Raspberry Pi 5. +- Datenerfassung mittels Lichtspektrumanalysator und GPS-Modul. +- Logintervall: 5 s pro Messpunkt. +- Vergleichsmessung mit und ohne reflektierender Plane. + +**Algorithmen / Verfahren:** +- Spektrum- und Intensitätslogging über serielle Schnittstelle. +- Korrelation der Intensitätsdaten mit GPS-Position. +- Manuelle Synchronisierung subjektiver Wahrnehmungsnotizen mit Zeitstempeln. + +## Input / Output + +### Input-Anforderungen + +**Hardware:** +- 3× LED-Strahler (6500 K, > 10 000 lm) +- 1× Raspberry Pi 5 +- 1× Spektrumanalysator +- 1× GPS-Modul +- 1× Kamera (Nachtmodus, 1/8 s Belichtung) +- 4× 12 V-Akkupacks + +**Software:** +- SSH-Zugang zum Raspberry Pi +- eigener Logger (5 s‑Intervall, Textdateiformat) +- optional: Fotometer-App für Vergleichsmessungen + +**Konfiguration:** +- Kamerabelichtung fix auf 1/8 s +- Reflexionsplane in 10 m Abstand bei Vergleichsmessung +- GPS-Logging alle 3 m entlang 60 m Strecke + +### Erwartete Rohdaten + +**Felder pro Run:** +- Zeit +- LED-ID +- Lichtstrom (lm) +- Peak-Wellenlänge (nm) +- GPS-Koordinaten +- ΔIntensität (%) + +**Formatbeispiele:** +- [20:05:17] LED_A: 9985 lm | Peak: 465 nm | Lat: 48.56N | Lon: 13.43E + +**Trace-Daten:** +- Format: Textlog mit Zeitstempel‑Blöcken +- Hinweis: Konsistente 5 s-Abstände, ergänzt durch Wahrnehmungsnotizen. + +### Analyse-Ausgaben + +**Pro Gruppe / pro Governor:** +- Mittelwert Intensität +- Varianz (±0,5 %) +- Peak-Verschiebung (nm) + +**Vergleichsausgaben:** +- Luftmessung vs Reflektorplane + - Δ: +12 % Intensitätszuwachs + +- Trace-Muster: Konsistente Intensitätswerte; keine Korrelation zur subjektiven Intensitätswahrnehmung. + +## Workflow / Nutzung + +**Analyse-Workflow:** +- Systemaufbau und Funktionsprüfung aller LED-Strahler. +- Start des Loggers über SSH. +- Erfassung von Daten in Abständen von 5 s. +- Verifikation der GPS-Daten. +- Zusatzmessung mit reflektierender Plane. +- Datenüberlagerung und Vergleich der Spektral-Peaks und Intensitätswerte. + +### Trace-Template-Anforderungen + +**Ziel:** Reproduzierbare Messung von LED-Intensität und spektraler Stabilität ohne Umgebungspartikel. + +**Erforderliche Tags & Metadaten:** +- Zeitstempel +- GPS-Koordinaten +- Peak-Wellenlänge +- Intensität + +**trace-cmd-Setup:** +- Fixe Lograte (5 s) +- synchrone Zeiterfassung + +**Run-Design für Contributors:** +- Aufnahme bei klarer Luft, keine sichtbaren Partikel. +- LED-Intensität ≥ 10 000 lm empfohlen. +- Dokumentation subjektiver Wahrnehmung mit Zeitvermerk. + +## Interpretation & erwartete Ergebnisse + +**Kernbefunde:** +- Lichtstrahlen in partikelfreier Luft sind unsichtbar. +- Sichtbarkeit entsteht nur durch Streuung oder Reflexion. +- Subjektive Wahrnehmung suggeriert Intensitätsschwankungen ohne reale Messabweichung. + +**Implikationen für Experimente:** +- Wahrnehmungskurven dürfen nicht mit objektiven Messverläufen gleichgesetzt werden. +- Verstärkte Reflexionsprüfungen können tatsächliche Sichtbarkeitsgrenzen belegen. + +**Planungsziel:** +- Ziel: Abgleich von Wahrnehmung und Messung im Bereich sichtbarer Lichtkegel. +- Vorgehen: + - Erfassung realer Intensität + - Parallelnotizen zu subjektiven Eindrücken + - Vergleich beider Datentypen + +## Limitationen & Fallstricke + +**Datenbezogene Limitationen:** +- Kontaktfehler an LED B verursachte kurzzeitigen Signalverlust vor Teststart. +- Manuelle Notizen können zeitlich leicht versetzt zu Messdaten liegen. + +**Kausalität & Generalisierbarkeit:** +- Subjektive Wahrnehmung nicht generalisierbar. +- Experiment zeigt qualitative, keine statistisch abgesicherten Ergebnisse. + +**Praktische Fallstricke:** +- Feuchtigkeitsbedingte Kontaktprobleme. +- Beobachtungsumgebung (Uferbereich) erfordert Sicherheitsmaßnahmen. +- Reflexion an Wasser kann als falsches Streumuster interpretiert werden. + +## Nächste Schritte & Erweiterungen + +**Geplante Experimente:** +- Systematische Messung bei verschiedenen Feuchte- und Nebelgraden. +- Variation der Reflektorabstände (5–15 m). +- Kamerafokuskalibrierung zur Minimierung flirrender Artefakte. + +**Analyseziele:** +- Quantitative Auswertung von Spektralverschiebungen bei reflektierten Anteilen. +- Vergleich unterschiedlicher LED-Farben (z. B. 3000 K, 6500 K). + +**Regression & Modellierung:** +- Anwendung einfacher Regressionsmodelle für Intensitätsverlauf über Entfernung. +- Korrelationsanalyse zwischen realen Intensitätsdaten und subjektiven Wahrnehmungseinträgen. + +**Community-Beiträge:** +- Bereitstellung reproduzierbarer Logformate. +- Anleitung zu sicheren Nachbauten mit handelsüblicher Ausrüstung.