Traffipax fizikaórára
Főző Attila László
2007/12/07 00:00
1134 megtekintés
A cikk lejárt! Valószínű, hogy már nem aktuális információkat tartalmaz!
A mozgások tanulmányozásának egyik eleme a mozgó test sebességének vizsgálata. A sebesség meghatározásának számos módja létezik, de ezek mindegyike kapcsolatban áll a távolság és az idő mérésével. Cikkünkben egy egyszerű, számítógépes "traffipaxot" mutatunk be.

Amikor a diákok az egyszerű mozgásokkal ismerkednek, biztosan találkoznak az egyenesvonalú mozgással. Az egyenes úton haladó gépkocsi mozgása is ilyen. A közlekedési rendőrök lézerfénnyel működő eszközzel mérik az autók sebességét. Ha nem törekszünk nagy pontosságra, akkor a számítógép és egy videofelvevő segítségével mi is megbecsülhetjük egy autó sebességét.

A megfigyeléshez szükségünk van egy videokamerára vagy egy digitális fényképezőgépre, esetleg mobiltelefonra, mely mozgóképet is képes rögzíteni.

Videofelvétel

Válasszunk olyan helyszínt, ahonnan az autók által befutott pálya a felvételen vízszintes lesz. Érdemes az úttesttől való távolságot úgy megválasztani, hogy a kamera látószögében az autó által befutott táv ne legyen túl rövid. Az sem jó, ha túl messze vagyunk az úttól, mert ekkor a kamera képfelbontása szab határt. Egyenesvonalú egyenletesen mozgó autót hiába keresnénk, de törekedhetünk arra, hogy az általunk figyelt szakaszon olyan autók haladását rögzítsük, melyek sebessége minél egyenletesebb.

Rögzítsük egy vagy több autó mozgását oly módon, hogy feljegyezzük a megfigyelt autó márkáját és típusát is!

Digitalizálás

a 3 fáziskép össze is montírozható

Digitalizáljuk a mozgóképet valamilyen, erre alkalmas szoftverrel. Ilyen szoftver például a Windows XP operációs rendszerben megtalálható Windows Movie Maker is. A beolvasott videók közül válasszunk ki egyet, melyen egy számunkra szimpatikus autó mozgása a képernyő egyik végétől a másikig követhető.

A vágó program segítségével könnyen készíthetünk fázisképeket az elhaladó autó, különböző pozícióiról. Válasszuk ki az autó egy jól kivehető pontját és vegyünk ki a mozgóképből két olyan fázisképet, amelyen ez a pont jól látható a mozgás elején és a végén. Fontos! A fázisképet készítésekor jegyezzük fel a program által kiírt időadatot!

Készítsünk egy olyan fázisképet is, ahol a gépkocsi a képernyő közepén, teljes hosszában látszik.

Mérés

az időpontok leolvashatók a videoszerkesztőben

A távolságot a képernyőn mérjük meg, mégpedig pixelben. Ennek előnye és hátránya is van. Előnye, hogy távolról is meghatározhatunk egy távolságot, hátránya viszont az, hogy a pontossága nem a legjobb. Sok beállítás kipróbálásával és "szerencsés" sebesség esetén , jól közelíthető a reális érték.

A számítógép képernyőjét egy olyan derékszögű koordinátarendszernek tekintjük, melyben a koordináták adatai az origótól mért távolságok pixel (képpont) mértékegységben. A gépkocsi által megtett távolságot, az autó (korábban) kiválasztott pontja alapján határozzuk meg. Ehhez szükségünk van egy olyan vonalzóra, amelynek a beosztása pixelben van. Használhatjuk például a Ruler for Windows programot, mely ingyenesen használható (http://www.arulerforwindows.com/).

Megnyitjuk a képeket egy képnéző programmal és a vonalzóval megmérjük a befutott távolságot pixelben. Ennél a lépésnél válik fontossá, hogy a kamera valóban vízszintes mozgást rögzítsen. Ha interaktív táblát használunk, akkor annak szoftverei között is találunk vonalzót, de használhatjuk a Paint programot is, amely kiírja egy kép tetszőlegesen kiválasztott pontjának koordinátáit pixelben.

Miután a távolságot ismerjük, mérjük meg az autó hosszát is, szintén pixel mértékegységben. Érdemes minél pontosabban mérni, mert ez befolyásolja a későbbiekben kiszámított sebesség pontosságát.

Számítások

pixelben mérő vonalzót is használhatunk

A mellékelt képeken egy rendőrségi gépkocsi mozgásának néhány mozzanata látszik egy közlekedési lámpa közelében. Az autó hossza a képernyőn 108 pixel. A jármű Skoda Octavia kombi, melynek tényleges hosszúsága számos honlapon megtalálható (4572 mm). A váltószám tehát 42,33 mm/pixel.

Az autó 1,36 s alatt 351 pixel távolságot tett meg. Ha úgy tekintjük, hogy a mozgás ezen a szakaszon egyenletes volt, akkor a sebesség könnyen kiszámítható.

Az autó által megtett út 14859 mm, melyet 1,36 s alatt tette meg, így a sebesség 10,9 m/s = 39,3 km/h.

További lehetőségek

A fentebb ismertetett lépések egyszerűek, és elmondhatjuk, hogy az eredmény pontosságánál sokszor fontosabb a gondolatmenet, a mérés, majd a számítás. Minél lassabb a mozgás, annál jobban megközelíthető a tényleges sebesség. Az iskola környékén helyszíni méréseken akár olyan autó mozgását is vizsgálhatjuk, melynek vezetőjétől megtudjuk a sebességmérő adatát, így ellenőrzésre is van mód.

A módszer természetesen alkalmas bonyolultabb mozgások tanulmányozására is. Videofelvételt készíthetünk egy rugó mozgásáról vagy éppen egy érdekes körmozgásról is. Az adatok értelmezése és a számítások további programok használatát is kívánhatja, így szükség lehet például táblázatkezelőre is.

A módszer és számos érdekes alkalmazási lehetőség bővebben is olvasható a Fizikai Szemle 2007/6. számában Szakmány Tibor és Papp Katalin cikkében.

Főző Attila László

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE pilot Program iskoláknak a bullying ellen
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek