Videoanalýza fyzikálních Videoanalýza fyzikálních dějůdějů

Oldřich LepilOldřich LepilPřírodovědecká fakulta UPPřírodovědecká fakulta UPOlomoucOlomouc

Didaktické využití videoanalýzy• K vývoji metod analýzy obrazového záznamu

• Manuální videoanalýza programem EASYVID

• Zpracování výsledků videoanalýzy

• Automatická videoanalýza programem VIANA

• Videoanalýza kmitání oscilátorů

• Další možnosti využití digitálního záznamu

Filmový záznam rázu pružných koulí

Rekonstrukce pohybu koulí při pružném rázu

Experimentální zařízení pro filmovou analýzu šikmého vrhu

Grafická rekonstrukce dat získaných analýzou filmového záznamu šikmého vrhu

Obrazový záznam - 1978Obrazový záznam - 1978

Videoanalýza vodorovného vrhu programem AVA

Videoanalýza šikmého vrhu Videoanalýza šikmého vrhu programem DAVIDprogramem DAVID

Program pro videoanalýzu GALILEO (komerční – Klett)

Videoanalýza vodorovného vrhu programem ViMPS

Videoanalýza vodorovného vrhu programem EASYVID

Program pro automatickou videoanalýzu mechanických pohybů - VIANA

Videoanalýza šikmého vrhu na Videoanalýza šikmého vrhu na příkladu vrhu koulípříkladu vrhu koulí

22

00 cos2

tg xv

gxyy

Parametrická rovnice šikmého vrhu

Příklad šikmého vrhu

Příprava videozáznamu opakovaného odrazu míčku digitálním fotoaparátem SONY DSC-P92

Videoanalýza: volný pádVideoanalýza: volný pád

Zpracování dat videoanalýzy volného Zpracování dat videoanalýzy volného pádupádu

Úkol:Úkol:Vyznačte všechny síly, které působí na míček v Vyznačte všechny síly, které působí na míček v jednotlivých bodechjednotlivých bodech

Fotografie opakovaného odrazu tenisového míčku

(Učebnice pro gymnázia. Molekulová fyzika a termika)

Stroboskopický záznam opakovaného odrazu tenisového míčku (Physics, PSSC)

Dynamický model vodorovného vrhu pružného míčku v odporujícím prostředíFAMULUS - L. Dvořák

t = t + dtt = t + dtv = sqrt(vx^2 + vy^2)v = sqrt(vx^2 + vy^2)Fx = –mFx = –mkkvvvxvxFy = –mFy = –mkkvvvy – mvy – mggIF y < R THEN Fy = 0.1IF y < R THEN Fy = 0.1(R – y) END(R – y) ENDax = Fx/m; ay=Fy/max = Fx/m; ay=Fy/mvx = vx + axvx = vx + axdt; vy = vy + aydt; vy = vy + aydtdtx = x + vxx = x + vxdt ; y = y + vydt ; y = y + vydtdtIF y<R THEN IF vy<0 THEN vy= –RestKIF y<R THEN IF vy<0 THEN vy= –RestKvy END vy END

ENDEND

Zobrazení vodorovného vrhu míčku pomocí dynamického modelu programem FAMULUS

Souřadnice polohy, dráhy a rychlosti míčku při vodorovném vrhu jako funkce času – FAMULUS (pohyb při RestK = 1)

Souřadnice polohy, dráhy a rychlosti míčku při vodorovném vrhu jako funkce času – FAMULUS (pohyb při RestK = 0,8)

Simulace pohybu míčku pomocí programu Inteactive Physics

(autor P. Janeček)

Studium pohybu míčku grafickým kalkulátorem TI-92, datovým analyzátorem CBL a ultrazvukovým detektorem CBR (autor V. Pazdera)

Záznam vodorovného vrhu míčku digitální kamerou

Grafy souřadnic x a y pohybu pružného míčku získané videoanalýzou pogramem VIANA

Grafy souřadnic rychlosti vx a vy

Mechanické oscilátoryMechanické oscilátory

Pružinový oscilátor s malým tlumenímPružinový oscilátor s malým tlumením Pružinový oscilátor s větším tlumenímPružinový oscilátor s větším tlumením KyvadloKyvadlo Spřažená kyvadlaSpřažená kyvadla Chaotické kyvadloChaotické kyvadlo Složené kmitáníSložené kmitání

Demonstrace kmitání mechanických oscilátorů

Záznam kmitání mechanického oscilátoru programem ISES

Záznam kmitání mechanického oscilátoru programem VIANA

Zpracování dat programem EXCELZpracování dat programem EXCEL

Záznam tlumeného kmitání oscilátoru programem ISES

Záznam tlumeného kmitání oscilátoru programem VIANA

Záznam tlumeného kmitání Záznam tlumeného kmitání zpracovaný programem zpracovaný programem MATEMATIKA 1.2MATEMATIKA 1.2

Záznam kmitání kyvadla

Záznam kmitání spřažených kyvadel

Příklady zpracování dat Příklady zpracování dat programem FAMULUSprogramem FAMULUS

Složené kmitání Složené kmitání pružinového oscilátorupružinového oscilátoru

Složené kmitání Složené kmitání pružinového oscilátorupružinového oscilátoru

Data z videoanalýzy zpracovaná programem FAMULUS

Dynamický model složeného kmitání Dynamický model složeného kmitání mechanického oscilátorumechanického oscilátoru

r=sqrt(x^2+y^2); v=sqrt(vx^2+vy^2)r=sqrt(x^2+y^2); v=sqrt(vx^2+vy^2)IF r>l THENIF r>l THEN ax=-K*(r-l)/r*x-L*v*vx; ay=-g-K*(r-l)/r*y-L*v*vyax=-K*(r-l)/r*x-L*v*vx; ay=-g-K*(r-l)/r*y-L*v*vy ELSEELSE ax=-L*v*vx; ay=-g-L*v*vyax=-L*v*vx; ay=-g-L*v*vy ENDENDvx=vx+ax*h; vy=vy+ay*hvx=vx+ax*h; vy=vy+ay*hx=x+vx*h; y=y+vy*hx=x+vx*h; y=y+vy*ht=t+ht=t+hIF t=50 THEN STOP ENDIF t=50 THEN STOP END

Složené kmitání vytvořené Složené kmitání vytvořené dynamickým modelemdynamickým modelem

Další možnosti:Další možnosti:odraz na pevném konciodraz na pevném konci

Odraz na volném konciOdraz na volném konci

http://www.bastgen.de/schule/physik/physik.htm (EASYVID)

http://didaktik.physik.uni-essen.de/vianahttp://www.virtualdub.org/index http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/~suleder/software/

ava/http://www.physik.uni-mainz.de/lehramt/ViMPS/welcome.html

http://www.physik.uni-muenchen.de/didaktik/Computer/DAVID//david.htm

http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/~pkrahmer/home/galileo.html

http://home.t-online.de/home/320059914833-0001/Physik/DiVA//diva.htm

http://www.lsw.com/videopoint/

Informační zdroje k videoanalýze na webu