Extraction des données d’une vidéo de smartphone avec OriginPro

Les élèves du Département de Physique et d’Astronomie de l’Université de l’État de Washington ont pris des vidéos avec un téléphone portable et utilisent l’application Video Data Extractor d’OriginPro pour numériser les données, image par image, afin de les analyser et de les représenter graphiquement dans le cours de mécanique classique.

Contexte de l’expérience réalisée

Dans leur récente publication intitulée « Collecting data with a Mobile Phone : studies of mechanical laws such as energy and momentum conservation » [1], le professeur Mark Kuzyk et Maxx Hart présentent une série d’expériences réalisées dans le cadre d’un cours de mécanique classique. L’enregistrement vidéo d’une collision de boules de billard a été réalisé sur un smartphone, et l’application Video Data Extractor d’Origin a été utilisée pour numériser la position de la boule de billard, image par image.

Des expériences de laboratoire similaires utilisent des données collectées à partir d’un téléphone mobile en mouvement [2], mais Kuzyk présente une alternative plus simple en enregistrant des vidéos d’objets en mouvement, sans utiliser de stroboscope [3], et en numérisant ces données avec l’extracteur vidéo de OriginPro. 

D’autres outils d’extraction vidéo existent, tels que Vernier et Tracker, mais Kuzyk déclare : « Nous avons choisi d’utiliser l’extracteur vidéo avec Origin parce qu’il comprend des logiciels d’analyse de données sophistiqués… et crée des graphiques de qualité professionnelle. Les autres solutions exigent un export des données pour une analyse plus sophistiquée. 

« Nous avons choisi d’utiliser l’extracteur vidéo avec Origin parce qu’il comprend des logiciels d’analyse de données sophistiqués… et crée des graphiques de qualité professionnelle. Les autres solutions exigent que les données soient exportées pour une analyse plus sophistiquée. » 

Résultats de l’expérience

Pour les expériences, le mouvement d’une boule de billard avant et après une collision avec une autre boule a été enregistré sur un téléphone portable. Les étudiants ont vérifié la fréquence d’images du téléphone en prenant la vidéo d’une horloge avec une aiguille des secondes. Dans l’application Video Data Extractor, les étudiants ont utilisé les mesures de la table de billard réelle pour définir l’échelle des axes. Les élèves ont ensuite cliqué plusieurs fois sur le centre de la boule de billard avant de passer à l’image suivante. De la sorte, l’extracteur vidéo utilise ces mesures multiples pour un seul emplacement afin de renvoyer la coordonnée moyenne et l’erreur standard.

« Ces données pourraient ensuite être analysées et visualisées plus en détail pour étudier la conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement dans les collisions, les frottements de roulement et de glissement, la quantité de mouvement angulaire en présence d’un couple de glissement et les forces dissipatives. »

La vitesse d’une boule de choc en fonction du temps (points) et du lissage à cinq points (courbe rouge).

La boule de choc est frappée dans la région a et touche la boule huit dans la région c.

Les autres régions correspondent au glissement de la boule de choc (b et d) et à son roulement (e).

L’encart montre un tracé de la distance en fonction du temps et des ajustements quadratiques par morceaux, les intersections étant représentées par de gros points violets.

La collecte de données à partir d’un téléphone portable est amusante et engageante pour les étudiants, car elle peut intégrer de nombreux exemples de la vie réelle. Qui plus est, elle intervient à un moment où les universités ont été contraintes de s’adapter à des modèles d’enseignement à distance et en mode hybride. « Nous sommes très reconnaissants au professeur Kuzyk d’avoir travaillé avec nous pour développer l’application Video Extractor, et nous espérons qu’elle sera utile à la communauté scientifique au sens large. » – OriginLab.

Pour aller plus loin…

Téléchargez une version d’évaluation d’OriginPro dès aujourd’hui pour essayer cette application par vous-même. Si vous souhaitez utiliser la licence OriginPro Coursework avec vos étudiants, veuillez consulter notre page sur les licences académiques. 

References :
[1] 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
[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).

Notes :
Images are reproduced from 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, with the permission of the American Association of Physics Teachers.

 Source et illustrations : originlab.com
Traduction : ritme.com