Mihin tarvitset tätä

Tutkimuksessa Pallon muotokertoimen määrittäminen pallon rajanopeus määritetään videolta, ja tutkimuksessa Pudotus- ja pomppukorkeus pompun lakikorkeus on helpompi lukea videolta kuin silmällä. Tutkimuksessa Leikkiauton nopeus ja lähtökorkeus video voi korvata valoportin.

Työvaiheet

Kuvaaminen

1. Kiinnitä kamera jalustaan. Kameran on pysyttävä paikallaan koko videon ajan, koska paikat mitataan kuvan koordinaatistossa. Käsivaralta kuvatussa videossa myös tausta liikkuu.

2. Aseta kamera kohtisuoraan liiketasoa vastaan. Kappaleen on liikuttava yhdessä tasossa, ja kameran on katsottava tasoa kohtisuoraan eikä vinosti. Vinosta suunnasta kuvattuna yhtä pitkät matkat näyttävät eri pitkiltä.

3. Kuvaa riittävän kaukaa. Kun kamera on kaukana, kappaleen etäisyys kamerasta muuttuu liikkeen aikana suhteessa vähän, joten perspektiivi vääristää kuvaa vähemmän. Pidä liike kuvan keskiosassa, koska objektiivi voi vääristää kuvan reunoja.

4. Aseta mitta-asteikko liiketasoon. Aseta tunnetun pituinen mitta, esimerkiksi metrin mittakeppi, kappaleen radan viereen samalle etäisyydelle kamerasta kuin kappale. Lähempänä kameraa oleva mitta näyttää videolla suuremmalta, jolloin kaikki mitatut matkat tulevat liian lyhyiksi.

5. Huolehdi valosta ja kuvataajuudesta. Hyvässä valossa kuva on terävä, eikä nopea kappale näy sumeana viiruna. Nopeaan liikkeeseen sopii hidastettu video eli suuri kuvataajuus, esimerkiksi $120$ tai $240$ kuvaa sekunnissa.

6. Selvitä todellinen kuvataajuus. Kirjaa, millä kuvataajuudella video tallennettiin. Hidastettu video voi olla tallennettu niin, että se toistuu tavallisella nopeudella. Jos analyysiohjelma ei tunnista todellista kuvataajuutta, sen aika-akseli on väärä, ja kuvataajuus on asetettava ohjelmaan käsin.

Analysointi

1. Avaa video Vernier Video Analysis -sovelluksessa. Koulussa videot analysoidaan Vernier Video Analysis -sovelluksella ja data käsitellään sen jälkeen Graphical Analysis Prossa. Tarkista ensin, että ohjelma käyttää videon todellista kuvataajuutta.

2. Aseta mittakaava ja koordinaatisto. Merkitse mittakaavaksi mitta-asteikon päät ja kirjoita asteikon todellinen pituus. Aseta koordinaatiston origo ja akselien suunnat, esimerkiksi $y$-akseli ylöspäin.

3. Merkitse kohteen paikka kuva kuvalta. Merkitse kohteen paikka kuva kuvalta Vernier Video Analysis -sovelluksessa. Napsauta jokaisessa kuvassa kappaleen samaa kohtaa, esimerkiksi pallon keskipistettä. Ohjelma kirjaa jokaisesta kuvasta ajan $t$ ja paikan koordinaatit $x$ ja $y$.

4. Analysoi data Graphical Analysis Prossa. Siirrä Video Analysisista sarakkeet $t$, $x$ ja $y$ Graphical Analysis Prohon esimerkiksi CSV-tiedostona. Kysy opettajalta, jos et löydä tiedoston vientiä. Piirrä paikka ajan funktiona (Mittauspisteiden kuvaaja), sovita malli (Suoran sovittaminen mittauspisteisiin) ja laske nopeus ohjeen Nopeuden ja matkan määrittäminen mittausdatasta mukaan.

Ilman analyysiohjelmaa

Monella puhelimen tai tietokoneen videosovelluksella voi edetä videossa kuva kerrallaan. Laske, monenko kuvan päästä tapahtuma on edellisestä tapahtumasta, esimerkiksi pallon pudotushetkestä osumaan lattiaan. Aika on

$$t = \frac{N}{f}$$

missä $N$ on kuvien lukumäärä ja $f$ videon todellinen kuvataajuus. Esimerkiksi $36$ kuvaa videolla, jonka kuvataajuus on $240$ kuvaa sekunnissa, vastaa aikaa $t = 36 : 240\,\tfrac{1}{\text{s}} = 0{,}15\,\text{s}$. Ajan epävarmuus on vähintään yhden kuvan aika $\tfrac{1}{f}$. Paikan voit lukea kuvasta liiketasoon asetetun mitta-asteikon avulla.

Ohjelmakohtaisia vinkkejä

• Video ja anturimittaus yhdessä. Graphical Analysis Prossa videon voi liittää datatiedostoon ja tahdistaa aikapohjaisen anturimittauksen kanssa (Pro). Toistossa näet, mitä kuvaajan kukin kohta tarkoittaa liikkeessä.
• Kuvataajuus. Jos analyysiohjelman aika-akseli ei vastaa todellista kuvataajuutta, aseta kuvataajuus ohjelmaan käsin tai kysy opettajalta, miten se tehdään.

Tavallisimmat virheet

• Kamera liikkui. Kuvaajan paikat hyppivät tai liike näyttää vinolta. Kuvaa jalustalta.
• Mitta-asteikko ei ollut liiketasossa. Kaikki matkat ja nopeudet ovat samassa suhteessa liian suuria tai pieniä, mutta pisteet ovat silti siististi suoralla, joten sovitus ei paljasta virhettä. Aseta mitta kappaleen kohdalle.
• Ohjelma käytti väärää kuvataajuutta. Ajat ovat moninkertaisia ja nopeudet aivan vääriä. Huomaat virheen esimerkiksi siitä, että vapaasti putoavan kappaleen kiihtyvyys poikkeaa paljon arvosta $9{,}81\,\text{m/s}^2$. Aseta todellinen kuvataajuus.
• Merkitsit kappaleen eri kohtaa eri kuvissa. Paikka heiluu satunnaisesti, ja nopeus hyppii. Valitse yksi selvästi näkyvä kohta ja suurenna kuvaa tarvittaessa.
• Kappale näkyy sumeana. Lisää valoa tai kasvata kuvataajuutta.

Tarkista ennen kuin jatkat

• Kamera oli jalustalla ja kohtisuorassa liiketasoa vastaan.
• Mitta-asteikko oli liiketasossa, ja sen pituus on kirjattu.
• Tiedät videon todellisen kuvataajuuden.
• Paikka on merkitty joka kuvassa kappaleen samasta kohdasta.