Extrahieren von Daten aus einem Smartphone-Video mit OriginPro

Studenten des Fachbereichs Physik und Astronomie an der Washington State University haben ein Video mit einem Mobiltelefon aufgenommen und verwenden die App Video Data Extractor von OriginPro, um die Daten Bild für Bild für die Analyse und grafische Darstellung in ihrem Kurs über klassische Mechanik zu digitalisieren.

Der Kontext des Experiments

In ihrer kürzlich erschienenen Veröffentlichung „Collecting data with a Mobile Phone: studies of mechanical laws such as energy and momentum conservation“ [1] stellen Professor Mark Kuzyk und Maxx Hart eine Reihe von Experimenten vor, die im Rahmen eines Kurses zur klassischen Mechanik durchgeführt wurden. Eine Videoaufnahme einer Billardkugelkollision wurde mit einem Smartphone gemacht und Origins Anwendung Video Data Extractor wurde verwendet, um die Position der Billardkugel Bild für Bild zu digitalisieren.

Ähnliche Laborexperimente verwenden Daten, die von einem sich bewegenden Mobiltelefon gesammelt wurden [2], aber Kuzyk stellt eine einfachere Alternative vor, indem er Videos von sich bewegenden Objekten aufnimmt, ohne ein Blitzlicht zu verwenden [3], und diese Daten mit dem Videoextraktor von OriginPro digitalisiert.

„Wir haben uns für den Video Extractor mit Origin entschieden, weil er eine hochentwickelte Datenanalysesoftware enthält… und er erstellt Grafiken in professioneller Qualität. Andere Lösungen erfordern den Export der Daten für komplexere Analysen.“

Ergebnisse des Experiments

Für die Experimente wurde die Bewegung einer Billardkugel vor und nach einer Kollision mit einer anderen Kugel mit einem Mobiltelefon aufgezeichnet. Die Schüler überprüften die Bildrate des Telefons, indem sie ein Video von einer Uhr mit Sekundenzeiger aufnahmen. In der Anwendung „Video Data Extractor“ verwendeten die Schüler die Maße des tatsächlichen Billardtisches, um den Maßstab der Achsen festzulegen. Die Schüler klickten dann mehrere Male auf die Mitte der Billardkugel, bevor sie zum nächsten Bild weitergingen. Auf diese Weise verwendet der Videoextraktor diese mehrfachen Messungen für einen einzelnen Standort, um die mittlere Koordinate und den Standardfehler zurückzugeben.

„Diese Daten könnten dann weiter analysiert und visualisiert werden, um die Energie- und Impulserhaltung bei Kollisionen, die Roll- und Gleitreibung, den Drehimpuls bei Vorhandensein eines Gleitmoments und dissipative Kräfte zu untersuchen.“

Die Geschwindigkeit einer Billardkugel als Funktion der Zeit (Punkte) und der Fünf-Punkte-Glättung (rote Kurve).

Die Billardkugel wird in Region a gestoßen und trifft die Acht in Region c.

Die anderen Bereiche entsprechen dem Gleiten (b und d) und Rollen (e) der Murmel.

Der Einschub zeigt einen Graphen der Entfernung als Funktion der Zeit und quadratische Anpassungen, wobei die Schnittpunkte durch große lila Punkte dargestellt sind.

Weiter gehen…

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Referenzen :
[1] M. Hart, & M. G. Kuzyk, „Collecting data with a mobile phone: Untersuchungen zu mechanischen Gesetzen wie Energie- und Impulserhaltung“, Am. J. Phys. 88(11), 948-957(2020). doi:10.1119/10.0001686
[2] J.C. Castro-Palacio, L. Velazquez-Abad, M.H. Gimienez, and J.A. Monsdoriu, „Using a mobile phone acceleration sensor in physics experiments on free and damped harmonic oscillations“, Am. J.Phys. 81, 472 (2013)
[3] J.C. Williamson, R.O. Torres-Isea, and C.A. Kletzing, „Analyzing linear and angular momentum conservation in digital video of puck collisions,“ Am. J. Phys.,68, 841 (2000).

Anmerkungen:
Bilder sind reproduziert aus M. Hart, & M. G. Kuzyk, „Collecting data with a mobile phone: Studies of mechanical laws such as energy and momentum conservation,“ Am. J. Phys. 88(11), 948-957(2020). doi:10.1119/10.0001686, mit Genehmigung der American Association of Physics Teachers.

 

Quelle und Abbildungen : originlab.com
Übersetzung : ritme.com