Lassított, ill. stroboszkópikus digitális videofelvételek, gyors jelenségek tanulmányozásában
Fizika szakkörünkben, és tanóráinkon is sikerrel alkalmazzuk gyorsan zajló jelenségek, kísérletek és sportolók mozgásának elemzésére a speciális videofelvételeket. Módszerünk lényege, hogy filmszerkesztő programmal a folyamatok lelassíthatók, ill. századmásodperc pontossággal nyomon követhetők, így azokból jó közelítéssel gyorsulási, sebesség, és dinamikai adatok számíthatók.
Tapasztalataink alapján több témakörben is eredményesen alkalmazhatjuk e módszert, ami segít a jelenségek, folyamatok tanulmányozásában és mennyiségi elemzésében. E sajátos vizsgálatok nagyban hozzájárulhatnak a digitális technikában való jártasság fejlesztéséhez, és az ismeretszerzés hatékonyságának javításában.
Módszerünk elsősorban a hetedik és nyolcadik évfolyam számára hasznos, mivel felvételeink főleg a fizika tantárgyban tanultakra épülnek.
Módszerünk ismertetése:
Szokványos fizika órai munka keretében a kiválasztott kísérletről videofelvételt készítünk. Figyelni kell arra, hogy megfelelő lépték ill. méretadatokat tartalmazzon a felvétel, valamint a háttér megfelelő tónusú és kontrasztú legyen. A felvételt követően a tanóra, szokásos módon folytatódhat.
Szakköri munka során a jelenet érdemi részét, filmszerkesztő programmal az informatika teremben az általunk választott mértékben lelassítjuk. Az általunk használt kamerák 25 kép/s (25 fps) sebességgel dolgoznak, így egy-egy mozzanat a lassításon 0,04 s időtartamot jelent. Az ily módon lelassított film stroboszkópikusan jelenik meg, ami egyszerűbbé teszi a folyamat metrikus elemzését.
A felvételeken a témától és célunktól függően méréseket, megfigyeléseket végezhetünk, vagy egyszerűen megfigyelhetővé tesszük az egyébként követhetetlenül gyors jelenség lefolyását.
A sebesség mérése technikailag a következőképpen oldható meg:
A háttérben levő skála előtt mozgó tárgy pozícióját minden mozzanatban (pillanatnyi megálláskor) feljegyezzük, és ismerve a mozzanatok időközét
(0,04 s), a sebességet pontonként kiszámoljuk. (A lassítás mértékétől függően egy-egy mozzanat 2-3 másodpercig tart, ezalatt a tárgy helyzetét a skálán le tudjuk olvasni).
A feldolgozott felvételek archiválása biztosítja, hogy azokat a későbbiekben tetszés szerinti órákon, foglalkozásokon megtekinthessük és tanulmányozhassuk. A felvételek, mivel rövid időtartamúak, csupán néhány megabájt méretűek, így könnyen tárolhatók, ill. továbbíthatók.
Az elkészült lassított felvétel alapján a megfigyelések és mérések történhetnek:
- Az informatika teremben
- Kivetítővel a tanítási órákon (az archivált felvételek lejátszásával)
- Szakköri foglalkozásokon
- A diákok otthoni számítógépein
- Képsorozattá transzformált fotók elemzésével
Technikai feltételek:
- Digitális videokamera, vagy video készítésére alkalmas digitális fényképezőgép
- Számítógépes háttér, filmszerkesztő programmal
- Projector, tantermi bemutatókhoz
Eddigi alkalmazásaink során például, az alábbi folyamatok kinetikai és dinamikai jellemzőit mértük:
o Szabadon eső golyó sebességváltozása
o Fonálinga mozgása, sebességváltozása
o Vízrakéta sebesség- és gyorsulásviszonyai
o Lejtőn gyorsuló kocsi
o Lufirakéta mozgása
o Magas- és távolugrás
o Súlylökés folyamatának metrikus elemzése
o Sprintelő startja
o Kézilabda eldobása
o Medicinlabda dobása
Az alábbiakban néhány konkrét kísérlet tapasztalatait mutatjuk be.
Szabadesés elemzése
A függőleges méterskála előtt elejtett golyó a galériában levő fényképen látható mozzanatokban képeződött le. (A folyamatot 32-szeres lassítással elemeztük). A fényképen a golyó pozícióit felrajzolva jelenítettük meg, ami nagyban hasonlít a videofelvételen nyomon követhető folyamatra.
