Projekt:

Použití videosekvencí při studiu pohybů

Evidenční číslo projektu 1261P2006 Ministerstvo školství mládeže a tělovýchovy

Metodika:

V následujícím textu se vám pokusíme ukázat, jak lze pracovat s programem Avistep a jaké výsledky obdržíme. Uděláte si tak názornou představu o použití metody. Veškeré další činnosti (například příprava videosekvencí, jejich střih, jiné možnosti použití metody jsou zmíněny v brožuře, kterou si na těchto stránkách můžete najít.

Zkusme se na použití programu podívat bodově. Nejprve je potřeba otevřít připravenou videosekvenci. V našem případě to je sekvence ve formátu AVI s názvem odraz-volley.avi. Tuto volbu najdeme v nabídce Soubor - Otevřít - videosekvenci. Objeví se následující okno.

Nyní máme otevřenu videosekvenci a je potřeba zadat měřítko. Klikněte na následující ikonu. (žebřík = měřítko)

Uprostřed snímku stojí chlapec a drží pravítko o velikosti 1 m. Označme konce pravítka tlačítkem myši a zadejme vzdálenost 1 m, která dělí tyto body ve skutečnosti.

Nyní označme počátek souřadnic. Používáme kartézské souřadnice, osy x a y lze natáčet pod libovolným úhlem či změnit jejich směr. Můžeme například posunout sekvenci na snímek, kdy se vržený míč odráží od země a umístit počátek souřadnic do tohoto bodu.

Nyní již můžeme přejít k označování jednotlivých poloh. Každým označením polohy míče na jednotlivém snímku uložíme do tabulky souřadnice x a y polohy míče a také odpovídající čas (první označený snímek bude mít čas t = 0 s, další pak + 40 ms, jestliže je sekvence natočena v systému PAL (25 FPS). My jsme označovali pouze každý třetí snímek, aby bylo studium přehlednější.

Ihned můžeme komentovat tvar trajektorie, řekneme, že pohyb je křivočarý, tvarem trajektorie připomíná parabolu. Protože jsou zaznamenány hodnoty souřadnic jednotlivých bodů této trajektorie v tabulce, můžeme si ji nechat zobrazit a podívat se i na rychlosti, případně zrychlení míče.

Jestliže si poté necháme zobrazit tvar trajektorie, patrně si všimneme, že její tvar není symetrický vzhledem ke svislé ose procházející vrcholem trajektorie a tudíž byl pohyb ovlivněn třením míče se vzduchem a nelze tedy hovořit o parabolické trajektorii, ale spíše o balistické křivce.

Tento poznatek - tedy, že pohyb míče byl ovlivněn třením - potvrzuje i graf rychlosti ve směru osy x v závislosti na čase. V případě šikmého vrhu je tato funkce konstantní, v našem případě lineárně klesající, což značí brzdění vlivem tření se vzduchem.

Necháme-li si zobrazit y-ovou složku rychlosti, zjistíme, že jde o lineární funkci a z její směrnice můžeme určit hodnotu zrychlení v tomto směru. Dostáváme hodnotu, která je nižší než teoretická hodnota tíhového zrychlení, což opět potvrzuje poznatek, že pohyb byl brzděn vzduchem a nejednalo se o klasický šokmý vrh, ale o složitější pohyb.

V této malé ukázce jste se mohli seznámit se základy práce s programem (a hlavně s tím, co můžeme očekávat od jakéhokoliv programu umožňujícího fyzikální zpracování videosekvencí. Vždy je potřeba zadat měšřítko, označit polohy a poté si nechat zobrazit grafy, které nás zajímají. Freewarové programy většinou končí zde. Další možnosti zpracování (např. grafy energií, zobrazení vektorů a jiné) jsou spíše doménou komerčních programů. Tyto programy nabízejí učiteli větší komfort obsluhy, více užitečných funkcí přímo v programu a doporučuji tedy pracovat s těmito verzemi. Pro seznámení s metodou, principem zpracování a základními funkcemi programu však stačí jakákoliv freeware verze. Například v rámci projektu do češtiny přeložená volná verze programu Avistep_CZ.

Podrobnější rozbor toho, co vás čeká, když se začnete věnovat fyzikálnímu studiu pohybů přes videosekvence naleznete v přiložené brožuře     .

Roman Podlena, Gymnázium Matyáše Lercha, Brno, Žižkova 55, 616 00, tel.: 541 243 892-3, mail: podlena@gml.cz
Valid XHTML 1.0 Strict :: Valid CSS 2.0