Practicum Videometen dr. Nassau College 03 Doel: - maken en analyseren van een videofilmpje, - bestuderen van een eenparig en eenparig versnelde beweging Materiaal: - Webcam, computer met internetaansluiting Inleiding Een belangrijk onderwerp uit de natuurkunde is beweging. Tot nu toe was het altijd vrij lastig om practicum opdrachten te bedenken over dit onderwerp. Bij beweging wil je namelijk iets weten over de plaats van een voorwerp in relatie met de tijd. Van de meeste bewegende voorwerpen is het bijna niet te doen om beide tegelijkertijd te meten. Met de opkomst van de computer en alle bijbehorende artikelen zoals goedkope webcams, is het nu mogelijk om op een goedkope manier de beweging van een voorwerp filmen en naderhand met de computer te analyseren. In dit practicum gaan we van twee filmpjes onderzoeken wat soort bewegingen (eenparig, eenparig versneld of anders) de getoonde voorwerpen maken en wat de bijbehorende snelheid en versnelling zijn. Hiervoor maken we gebruik van een programma dat je op het internet kunt vinden. De werking van het programma wordt in een aparte bijlage beschreven. Opdrachten - Analyseer het opgegeven filmpje. Onderzoek met behulp van grafieken wat voor soort beweging het voorwerp maakt (eenparig, eenparig versneld) en bepaal in het geval van een eenparige beweging de snelheid en in het geval van een eenparig versnelde beweging de versnelling (in plaats van het opgegeven filmpje mag je ook zelf een filmpje maken van een vallend voorwerp). - Maak zelf een filmpje van een 2-dimensionale beweging en analyseer de beweging in x- en y-richting. Wat voor soort beweging maakt het voorwerp in de verschillende richtingen. Hoe groot is de snelheid in geval van een eenparige beweging? Hoe groot zijn de beginsnelheid en de versnelling in het geval van een eenparig versnelde beweging? NB. Als je zelf een filmpje maakt dan moet je rekening houden met een aantal zaken 1. Het aantal meetpunten (beeldjes) moet minstens 10 zijn. 2. Aan het aan filmpje moet duidelijk te zien zijn dat je het zelf hebt gemaakt. 3. Zorg ervoor dat er op het filmpje iets staat waarmee je de metingen kunt ijken. 4. Het aantal pixels hoeft niet erg groot te zijn (b.v. 320 x 200). 5. Het zelfgemaakte filmpje moet op floppy of CD-rom worden ingeleverd. Op een floppy past maar 1,4 Mb aan data, als je film-bestand te groot is kun je het misschien comprimeren met het programma AVI Compression Converter (kies dan comprimeren naar MPEG-4). Dit programma kun je op diverse plaatsen op het internet downloaden.
Handleiding Video analysis on the Web Op het internet is op het volgende adres: http://electron9.phys.utk.edu/video/ (er zijn ook oudere versies die niet meer goed werken!) een programma te vinden waarmee je een video filmpje kun onderzoeken. Nadat je dit adres hebt ingevoerd krijg je de onderstaande internetpagina. Als eerste moet je opgeven waar het programma het te analyseren filmpje kan vinden. Je kunt hier één van filmpjes in het programma zelf kiezen, te beginnen bij ball_1.avi of je kunt in het tweede vak een verwijzing naar je eigen filmpje maken, bijvoorbeeld a:\mijn_film.avi. (namen mogen niet te lang zijn). Nadat je op submit hebt geklikt kom je bij de volgende pagina.
Als je op Play klikt wordt hier het filmpje afgespeeld De meeste instructies spreken voor zichzelf, maar hieronder volgt toch nog een korte omschrijving Instructions Restart Analysis Change Video Clip Setup Play Step Up Step Down Uitleg over de werking Begin opnieuw met onderzoeken van het filmpje Kies een ander filmpje Laat het filmpje zien Filmpje gaat een beeldje verder Filmpje gaat een beeldje terug Number of objects Kies het aantal voorwerpen dat je wilt volgen (meestal 1) x:... Kies of je alleen de beweging in de x-riching, y-richting of beide wilt volgen. Take Data Start Taking Data Begin met het meten aan het filmpje. Het is nu de bedoeling dat je de plaats van het bewegende voorwerp vastlegt. Je wijst dan met de muiscursor het te volgen voorwerp aan en klikt op de linker muisknop. Het filmpje schuift automatisch een beeldje op en je klikt opnieuw op het voorwerp. De meetpunten komen onderaan het scherm in een tabel te staan (zie volgende pagina). Als je genoeg meetpunten hebt klik je op Stop Taking Data.
Mijn filmpje De positie van voorwerp is nu vastgelegd door middel van de plaats van een pixel op het scherm. Deze informatie moet via een zogenaamde calibratie worden omgezet in echte plaatsen. Hiervoor moet je nog twee dingen doen, namelijk: 1. Computer vertellen welke schaal moet worden gebruikt om afstanden in pixels om te rekenen naar meters. Klik hiervoor op het vakje met in dit geval calibrate y (afhankelijk van eerdere keuzes). Op elk filmpje staat iets afgebeeld waarvan de lengte bekend is, bijvoorbeeld een liniaal. Klik op het ene uiteinde van de liniaal en vervolgens op het andere. Er wordt dan automatisch getallen ingevuld bij y1 = pixel en y2 = pixel. In het laatste vak moet je nog opgeven met welke afstand dit werkelijkheid overeenkomt. Klik tenslotte op Done. 2. Opgeven waar jij wilt dat de oorsprong ligt. Klik hiervoor op het vakje met Choose Origin en vervolgens op de plaats in het filmpje waar jij wilt daar de oorsprong moet komen te liggen. Klik op Done als je gekozen hebt. Mijn filmpje Als je nu klikt op Click to add calibrated columns dan wordt de tabel uitgebreid met kolom waarin de getallen in meters staan. Er zijn nu twee mogelijkheden om verder te gaan, te weten
1. Klik op Click to plot your data om de metingen weer te geven in een grafiek. Dit is nogal traag en de grafische mogelijkheden zijn nogal beperkt. 2. Je kunt de getallen in de tabel met ingedrukte linker muisknop markeren en op de gebruikelijk manier (met de rechter muisknop klikken en kopiëren selecteren) naar het klembord kopiëren. Vervolgens kun je deze getallen in Excel plakken en daar verder verwerken. Dit heeft als grote voordelen namelijk dat je - niet meer met het internet verbonden hoeft te zijn, - de meetgegevens kunt opslaan, - rustig in Excel kunt bekijken wat de beste manier is om de gegevens te verwerken.