DIGITÁLIS FÉNYKÉPEZİGÉP ALKALMAZÁSA A FIZIKA TANÍTÁSÁBAN



Hasonló dokumentumok
SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM. Természettudományi Kar. Kísérleti Fizikai Tanszék. Fizika-környezettan szak SZAKDOLGOZAT

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Egy módszertani lehetőség a matematika, fizika és informatika oktatásának határterületéről

Környezetünk eszközei és a természettudományos nevelés. Szakmány Tibor PhD hallgató SZTE Kísérleti Fizikai Tanszék

Full HD Hobby Napszemüveg Kamera Felhasználói kézikönyv. Modell: Sárga-Fekete Fekete. Termék Szerkezete

Archive Player Divar Series. Kezelési útmutató

Microsoft Excel 2010

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

HD 1080P Headset-stílusú hordható. kamera. felhasználói kézikönyv

Méréstechnikai alapfogalmak

Mini DV Használati útmutató

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó tárgy, test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

LABMASTER anyagvizsgáló program

Haladó mozgások A hely és a mozgás viszonylagos. A testek helyét, mozgását valamilyen vonatkoztatási ponthoz, vonatkoztatási rendszerhez képest adjuk

CCD a zsebben. Szakmány Tibor PhD hallgató SZTE Kísérleti Fizikai Tanszék

Pálya : Az a vonal, amelyen a mozgó test végighalad. Út: A pályának az a része, amelyet adott idő alatt a mozgó tárgy megtesz.

WINDOWS XP - A GRAFIKUS FELÜLET KEZELÉSE

PDF DOKUMENTUMOK LÉTREHOZÁSA

Működési útmutató a H.264 HD 1082 P Távirányítóhoz

VARIO Face 2.0 Felhasználói kézikönyv

Matematikai alapok és valószínőségszámítás. Valószínőségi eloszlások Binomiális eloszlás

Útmutató a MATARKA adatbázisból való adatátvételhez

ECDL képzés tematika. Operáció rendszer ECDL tanfolyam

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

IPTV Képek és zene funkció Beállítások és tudnivalók

Microsoft Excel. Táblázatkezelés. Dr. Dienes Beatrix

ENP-04/BS nıvérhívó. rendszer leírása. (Rövidített változat)

KATRO-FL rendszer 4CH MOBIL DVR. PC-s visszatekintő program használati utasítása

ASM USB Kamera használati útmutató

Fényképezőgéppel a digitális kompetencia fejlesztéséért!

Aromo Szöveges értékelés normál tantárggyal

kompakt fényképezőgép

6. Alkalom. Kép ClipArt WordArt Szimbólum Körlevél. K é p

Stresszmentes radiológia

7 SZÍNES KAPUTELEFON RENDSZER HASZNÁLATI ÚTMUTATÓ. Beltéri egység. Kültéri egység. Köszönjük, hogy termékünket választotta!

NEX-3/NEX-5/NEX-5C A-DRH (1) 2010 Sony Corporation

Belépés a rendszerbe. Gyors menü

QuickSend. , és SMS küldés program. Felhasználói kézikönyv. Program dokumentáció 2008 JMGM Magyarország Informatikai Kft.

Gyors üzembehelyezési útmutató

Procontrol VRecX. Kezelői kézikönyv. Kamerás megfigyelőrendszer. Verzió:

ivms-4200 kliensszoftver

1.A. feladat: Programablakok

A mechanika alapjai. A pontszerű testek dinamikája

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

DÖNTİ április évfolyam

A kontrolladat-szolgáltatás elkészítése

FELHASZNÁLÓI KÉZIKÖNYV

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

Vitalitásnövelı készülék Napsugármatrac Oxigénterápia Tartásjavító ülıpárna

A klasszikus mechanika alapjai

Hogyan kell 3D tartalmat megtekinteni egy BenQ kivetítőn? Minimális rendszerkövetelmények 3D tartalom lejátszásához BenQ kivetítőn:

Felhasználói Kézikönyv. Rii i7. Multimédiás Távirányító

SJ5000 Felhasználói útmutató

A dinamikus geometriai rendszerek használatának egy lehetséges területe

Általános tájékoztató szolgáltatások megrendeléséhez

Technológiai jellemzők

Office 2007 teszt. Question 1 Válassza ki, milyen típusú SmartArt objektumok NEM készíthetők az alábbiak közül!

Kompetenciák fejlesztése a pedagógusképzésben. IKT kompetenciák. Farkas András f_andras@bdf.hu

LCD kezelési útmutató 4.1 verzióhoz

Kollányi Bence: Miért nem használ internetet? A World Internet Project 2006-os felmérésének eredményei

Klebelsberg Intézményfenntartó Központ Tapolcai Tankerülete SZAKMAI BESZÁMOLÓ Batsányi Tagintézmény október

FULL CONTROL PLUS K5-7 K2-3 FULL CONTROL

Információ kommunikáció

Animáció Inkscape-pel


Jegyzőkönyv. hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálatáról (3)

A mappák használata. Mappa létrehozása

3. Gyors útmutató 4. Garanciakártya

1. fejezet: Bevezetés. 2. fejezet: Első lépések

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Hétfı - Kedd. 9 leckébıl áll a tananyag, a végén %-os eredményt kap a tanuló. A multimédiás tananyagot minden 9. évfolyamos tanuló megoldotta.

Aromo Szöveges értékelés kódolt tantárggyal

Mathcad Június 25. Ott István. S&T UNITIS Magyarország Kft.

Informatika témavázlatok. 4. évfolyam

3D számítógépes geometria és alakzatrekonstrukció

INFORMATIKAI RENDSZERGAZDA SZAKKÉPESÍTÉS TANULÓI SEGÉDLET. Windows áttelepítő használatához

MS ACCESS 2010 ADATBÁZIS-KEZELÉS ELMÉLET SZE INFORMATIKAI KÉPZÉS 1

Tisztaszınyeg nyilvántartó

ConCorde Roadcam HD20 Használati útmutató

Európa e-gazdaságának fejlıdése. Bakonyi Péter c. docens

Vizsgálókamera (boroszkóp) Használati útmutató

1. kép. A Stílus beállítása; új színskála megadása.

CMS videó megjelenítő szoftver használata

Tantárgyi koncentráció: Rajz, magyar, matematika, környezetismeret

einvoicing Elektronikus számlázás Ügyfélportál Felhasználói kézikönyv Ügyfélportál V Page 1 of 12

A Matrix-Police automatikus rendszám-azonosító berendezés rövid ismertetése

Kövess minket. facebook.com/driftinnovation. vimeo.com/driftinnovation. twitter.com/driftinnovation. driftinnovation.com

M+P SECURITY Vagyonvédelmi és Szolgáltató KFT

SJ4000 Felhasználói útmutató

A lendületmegmaradás vizsgálata ütközı kiskocsikkal PIC idıméréssel fotokapukkal

Osztályozó, javító vizsga 9. évfolyam gimnázium. Írásbeli vizsgarész ELSŐ RÉSZ

Számítógépes grafika

Fontos megjegyzés: Telepítse először az illesztőprogramot, majd csatlakoztassa a VideoCAM ExpressII eszközt az USB porthoz!

e-szignó Online Szolgáltatások - e-számla rendszer

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

A számítógép beállításainak megváltoztatása

GRAFIKA ÉS MOZGÓKÉP. Képek, ábrák tárolása

A csomag a következő elemeket tartalmazza: Ha a fenti elemek bármelyike hiányzik, kérjük, keresse meg viszonteladóját.

HF-DVR H.264 Hálózati Rögzítő. Felhasználói kézikönyv

Átírás:

Fizikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 1 / 5 Fizikai Szemle honlap Tartalomjegyzék Fizikai Szemle 2007/6. 205.o. DIGITÁLIS FÉNYKÉPEZİGÉP ALKALMAZÁSA A FIZIKA TANÍTÁSÁBAN Szakmány Tibor 1, Papp Katalin Szegedi Tudományegyetem, Kísérleti Fizikai Tanszék A digitális fényképezıgép és a számítógép elterjedése mind az iskolában, mind a diákok otthoni környezetében új lehetıségeket teremt a fizikai kísérletezésre, azok részletes elemzésére, igényes mérésekre. A Fizikai Szemle MINDENTUDÁS AZ ISKOLÁBAN rovata (Ujvári Sándor, 2005/8) már foglalkozott a digitális fényképezıgép mőködésének fizikai alapjaival. Az alábbiakban az iskolai felhasználásra mutatunk példát, a mechanika tananyaghoz kapcsolódva. Manapság a kompakt digitális fényképezıgépek a legelterjedtebbek. Ezek könnyen kezelhetık, és fejlett automatikájuknak köszönhetıen szinte mindig jó minıségő fényképek készíthetık velük. Itt mutatkozik meg a digitális fényképezés egyik nagy elınye is, hiszen a kijelzın rögtön ellenırizhetı az elkészült kép, és amennyiben a minısége nem felel meg az igényeinknek, azonnal újat tudunk készíteni. A legolcsóbb kompakt kategóriától, a drágább kategóriák felé haladva a fényképezıgépek által kínált beállítási lehetıségek száma növekszik, és ezzel párhuzamosan az alkalmazási lehetıségek köre is. A záridı elıválasztási lehetıség mind a lassan, mind a gyorsan, mind pedig a véletlenszerően lejátszódó folyamatok megörökítésére alkalmassá teszi gépünket, a felhasználási módoknak csak a fantáziánk szab határt, mint ahogy például az az 1. ábrán látható. A mai digitális fényképezıgépek szinte mindegyike alkalmas sorozatfelvételek és videofelvételek készítésére, amivel már a mozgások is megörökíthetık. Sok típus esetén a közvetlenül televízióra csatlakoztatás is megoldható, így az elkészült képek és videók azonnal felhasználhatók a tantermi szemléltetésben. Számítógép és projektor segítségével pedig a digitális képfeldolgozás és szemléltetés széles tárháza nyílik meg elıttünk. A következıkben ezekbıl a lehetıségekbıl válogatunk, különös tekintettel a mozgások vizsgálatára, segítséget nyújtva a mechanika tanításához. Kvantitatív mérés digitális videofelvétel segítségével Gyakran fordul elı, hogy a fényképek és a sorozatfelvételek nem tartalmaznak elegendı információt a mozgásos kísérletek nyomon követéséhez. Ebben az esetben rendkívül hasznosnak bizonyulnak a videofelvételek. A digitális fényképezıgépekkel készült videofelvétel nem más, mint gyorsan egymás után készült digitális állóképek (legtöbbször AVI formátumú) mozgóképpé való összefőzése. Típustól és beállítástól függıen a másodpercenként készült képkockák száma és a felbontás változó lehet. Amennyiben nem ismerjük a használt fényképezıgép esetén ezeket az adatokat, az elkészült videofelvételek számítógépre mentése után a fájl tulajdonságai (properties ) közt mindig megtalálhatjuk ıket. A felvételek felbontását a képpontok (pixelek ) számával, a másodpercenkénti képek számát pedig a képkockasebességgel (fps - frame per secundum) szokták megadni. A mai digitális fényképezıgépek többsége képes a televízión élvezhetı minıségő (640x480) képpontos felbontásra és 15-30 fps-os képkockasebességre.

Fizikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 2 / 5 Az adatok feldolgozása Excellel 1. táblázat t (s) x (pixel) H (pixel) h' (mm) h (m) mgh 1/2mv 2 0 370 0 0 0 0 2,287646 0,013083 0,0667 223 147 152,586 0,152586 0,007484 1,338351 0,004478 0,1334 137 233 241,854 0,241854 0,011863 0,793673 0,001575 0,2001 86 284 294,792 0,294792 0,01446 0,326807 0,000267 0,2668 65 305 316,59 0,31659 0,015529-0,26456 0,000175 0,3335 82 288 298,944 0,298944 0,014663-0,96486 0,002327 0,4002 144 226 234,588 0,234588 0,011507-1,43172 0,005125 0,4669 236 134 139,092 0,139092 0,006822-1,99196 0,00992 0,5336 364 6 6,228 0,006228 0,000305 A kísérletekrıl készült digitális videofelvételek számítógépre mentése után a felvétel a különbözı szoftverek segítségével lejátszható, akár képkockánkénti léptetéssel is, így a mozgást akár pillanatról-pillanatra is nyomonkövethetjük. Egyes programok, mint például a Windows Movie Maker, a Windows XP egyik alapprogramja, illetve az internetrıl ingyenesen letölthetı BS Player lehetıvé teszik az egyes képkockák elmentését is. A Windows Movie Maker program a Kellékek (Accessories) közt található meg. A fájl importálása után a jobb oldalon található lejátszó részben a kezelıszervek segítségével a filmfelvételt le tudjuk játszani. Lehetıségünk van a képkockánkénti léptetéssel a megfelelı képkockák kikeresésére és elmentésére az általunk kiválasztott mappába (folder ). A BS Player esetén a képkockánkénti léptetést a lejátszás szüneteltetésével (pause ), majd a jobbra-, balra billentyők nyomkodásával érhetjük el, illetve a kívánt képkockákat a "P" billentyő megnyomásával menthetjük el a BS Player saját mappájába, majd onnan az általunk választott mappába másolhatjuk.

Fizikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 3 / 5 A videofelvételbıl kinyert állóképekhez idıadatokat tudunk rendelni. A Windows Movie Maker esetén ezt a képek elmentésekor le tudjuk olvasni az állapotsávban, és akár a képfájl nevében is elmenthetjük, míg a BS Player esetén az egymás után elmentett képek közt az eltelt képkockák számából tudjuk kiszámolni a képkockasebesség segítségével. A képfájlként elmentett képkockákat a különbözı szoftverek segítségével be tudjuk mutatni, illetve módosítani is tudjuk azokat. A Windows XP egy másik alapprogramja, a Paint segítségével a képeket szerkeszthetjük is. Mozgások esetén például berajzolhatjuk az adott pillanatban ható erıket, illetve a hely-, elmozdulás-, sebesség-, gyorsulásvektorokat is, valamint lehetıségünk van nyomkép (a test helyének egyenlı idıközönkénti megjelölése egy vonatkoztatási testhez viszonyítva) készítésére is. Ebben az esetben az egymást követı képkockákról a mozgó testet az eszköztárban található kivágás funkció (lásd 3. ábra) segítségével ki kell vágnunk, majd a háttér nem elmozduló, jellegzetes pontjainak felhasználásával a következı képre illesztenünk. A 2. ábrán látható képrészleten a vázolt módszerrel egy rugós figura ugrásáról készült nyomkép látható. A felvétel Canon Powershot A75 típusú digitális fényképezıgéppel, 640x480 képpontos felbontásban, 15fps képkockasebességgel készült. A háttér jellegzetes, nem elmozduló pontja a képrészleten nem látható asztalsarok volt.

Fizikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 4 / 5 A Paint további funkciója, hogy az állapotsorban minden pillanatban látható az egér kép feletti helyzete pixelkoordinátában (lásd 3. ábra). Ezt felhasználva az egyes képkockákon, vagy akár az illesztett nyomképen, a mozgó testhez koordinátaadatok is rendelhetık. A pixelkoordináták valós hosszúsággá alakításához csak egy tárgy, lehetıleg a mozgó tárgy méreteit kell ismernünk mind pixelben a képen, mind pedig cm-ben a valóságban. Az ugró figura esetén ez 55 mm, amibıl a képen látható 53 pixeles figuramagasságot figyelembe véve a pixelekre jutó hosszúság 1,038 mm/pixel. Az Excel program segítségével a korábban már ismertetett módon nyert idı- és helykoordináta adatokat táblázatba rendezhetjük (lásd 1. táblázat ). A kezdıpontokat mindkét adat esetén kedvünk szerint eltolhatjuk. A t idıkoordináta esetén a 15fps-os képkockasebességet felhasználva két képkocka elkészülte közt 1/15s = 0,0667 s idı telik el. Az x pixelkoordinátákat, a kezdıpillanatbeli 370 pixelt véve nullmagasságnak, a 370?x képlet segítségével tolhatjuk el. Az így kapott H pixelkoordinátákat ezután az 1,038 mm/pixel váltószámmal szorozva valós h' magasságkoordinátákká alakíthatjuk. A következı oszlopban a h magasság már méterben van megadva, amibıl a helyzeti energia a figura tömegének (5g) ismeretében már könnyen kiszámolható. A hozzávetıleges v sebességadatot az egymást követı képkockákhoz tartozó h magasságkoordináták h különbségébıl, és a képkockák elkészülte közt eltelt t idıbıl (1/15s) származtathatjuk, ezekbıl már a mozgási energia is kiszámolható. Az adatok ezután az Excel segítségével már könnyen ábrázolhatók grafikonon, a kapott pontokra trendvonalat is illeszthetünk. A grafikonok jól szemléltetik az energiaátalakulási folyamatokat (4. ábra). A módszernek vannak korlátai, hiszen a túl gyors mozgások esetén a test képének elmosódása jelent problémát, míg túl lassú mozgások esetén az elmozdulás csak néhány képpontnyi, ezért a diszkrét koordinátaértékek leolvasásában elkövetett 1 pixeles tévedés is már jelentıs hibát idézhet elı. Az elmozdulásokból származtatott sebességadatok esetében ezek a pixelkoordináták meghatározásakor elkövetett hibák pedig csak növekednek.

Fizikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 5 / 5 A hibák azonban kiküszöbölhetık, ha a felvétel készítésekor ügyelünk a mozgó test és a felvevı kamera közötti távolságra. A megfelelı távolság megválasztásával elérhetı, hogy a felvételen látható elmozdulás a legmegfelelıbb tartományba (20-100 pixel) essék. Ebben a tartományban a felvételen a test mozgása miatti elmosódás még nem jelentıs, ugyanakkor a pixelkoordináták leolvasásában elkövetett ±1 pixeles tévedés 5%-nál kisebb hibát jelent. A módszer tehát ügyes elrendezéssel nagyon sok mozgás esetén használható, segítségével rezgımozgást, körmozgást, lejtın gördülést vagy más mozgásokat is nyomon követhetünk, ugyanakkor akár újszerő mérési gyakorlatok bevezetésére is lehetıségünk adódik. Erre lehet példa az autók sebességének mérése digitális fényképezıgép segítségével. Az autók sebességének méréséhez, csak egy rövid digitális videofelvételt kell készítenünk a forgalomról, 10-20 m távolságra állva az úttesttıl. Az 5. ábrán egy így készült videofelvétel két képkockájából összeillesztett kép látható. A pixelkoordinátákat valós hosszúsággá alakító váltószám meghatározásához szükséges hosszúságadatot ebben az esetben maga az elhaladó autó szolgáltatja, hiszen egy felismert autótípus adatait a különbözı autós weboldalakon megtalálhatjuk. Az 5. ábrán látható Audi A6 Quattro hossza 4795 mm, amit összevetve a képének 216 pixeles hosszával 22,19 mm/pixelt kapunk váltószámnak. Ez után az autó sebessége az 5. ábrán látható módon már könnyen kiszámolható, amelyre ebben az esetben az érvényes sebességkorlátozást jelentısen meghaladó 76,69 km/h-nak adódott. Módszertani megjegyzések A fenti példák csak ízelítıt adtak a sokféle lehetıségbıl, amelyeket a digitális fényképezıgép biztosít a mechanikai kísérletek elemzéséhez, a fogalmak bevezetéséhez. A szorosan vett "szakmai" hasznon túl meg kell említenünk a számítógép és a fényképezıgép teremtette modern tanításitanulási környezetet, amely a diákok aktivitását és igen kedvezı attitődjét biztosítja. Ez a környezet kihasználja a tanulók számítástechnikai ügyességét, a képsorozatok, felvételek elemzéséhez szükséges szoftverek virtuóz használatát, amely a hagyományos tanítási módszerekkel nehezen elérhetı tanulói érdeklıdést, kedvezı tantárgyi hozzáállást eredményez. A fényképezıgép mobil, iskolán kívüli környezetben való alkalmazása egy újabb elınyt jelent: az "outdoors physics", mint új didaktikai irányzat természetes megjelenését a fizikatanításban.

izikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 1 / 5 Fizikai Szemle honlap Tartalomjegyzék Fizikai Szemle 2007/6. 205.o. DIGITÁLIS FÉNYKÉPEZİGÉP ALKALMAZÁSA A FIZIKA TANÍTÁSÁBAN Szakmány Tibor 1, Papp Katalin Szegedi Tudományegyetem, Kísérleti Fizikai Tanszék A digitális fényképezıgép és a számítógép elterjedése mind az iskolában, mind a diákok otthoni környezetében új lehetıségeket teremt a fizikai kísérletezésre, azok részletes elemzésére, igényes mérésekre. A Fizikai Szemle MINDENTUDÁS AZ ISKOLÁBAN rovata (Ujvári Sándor, 2005/8) már foglalkozott a digitális fényképezıgép mőködésének fizikai alapjaival. Az alábbiakban az iskolai felhasználásra mutatunk példát, a mechanika tananyaghoz kapcsolódva. Manapság a kompakt digitális fényképezıgépek a legelterjedtebbek. Ezek könnyen kezelhetık, és fejlett automatikájuknak köszönhetıen szinte mindig jó minıségő fényképek készíthetık velük. Itt mutatkozik meg a digitális fényképezés egyik nagy elınye is, hiszen a kijelzın rögtön ellenırizhetı az elkészült kép, és amennyiben a minısége nem felel meg az igényeinknek, azonnal újat tudunk készíteni. A legolcsóbb kompakt kategóriától, a drágább kategóriák felé haladva a fényképezıgépek által kínált beállítási lehetıségek száma növekszik, és ezzel párhuzamosan az alkalmazási lehetıségek köre is. A záridı elıválasztási lehetıség mind a lassan, mind a gyorsan, mind pedig a véletlenszerően lejátszódó folyamatok megörökítésére alkalmassá teszi gépünket, a felhasználási módoknak csak a fantáziánk szab határt, mint ahogy például az az 1. ábrán látható. A mai digitális fényképezıgépek szinte mindegyike alkalmas sorozatfelvételek és videofelvételek készítésére, amivel már a mozgások is megörökíthetık. Sok típus esetén a közvetlenül televízióra csatlakoztatás is megoldható, így az elkészült képek és videók azonnal felhasználhatók a tantermi szemléltetésben. Számítógép és projektor segítségével pedig a digitális képfeldolgozás és szemléltetés széles tárháza nyílik meg elıttünk. A következıkben ezekbıl a lehetıségekbıl válogatunk, különös tekintettel a mozgások vizsgálatára, segítséget nyújtva a mechanika tanításához. Kvantitatív mérés digitális videofelvétel segítségével Gyakran fordul elı, hogy a fényképek és a sorozatfelvételek nem tartalmaznak elegendı információt a mozgásos kísérletek nyomon követéséhez. Ebben az esetben rendkívül hasznosnak bizonyulnak a videofelvételek. A digitális fényképezıgépekkel készült videofelvétel nem más, mint gyorsan egymás után készült digitális állóképek (legtöbbször AVI formátumú) mozgóképpé való összefőzése. Típustól és beállítástól függıen a másodpercenként készült képkockák száma és a felbontás változó lehet. Amennyiben nem ismerjük a használt fényképezıgép esetén ezeket az adatokat, az elkészült videofelvételek számítógépre mentése után a fájl tulajdonságai (properties ) közt mindig megtalálhatjuk ıket. A felvételek felbontását a képpontok (pixelek ) számával, a másodpercenkénti képek számát pedig a képkockasebességgel (fps - frame per secundum) szokták megadni. A mai digitális fényképezıgépek többsége képes a televízión élvezhetı minıségő (640x480) képpontos felbontásra és 15-30 fps-os képkockasebességre.

izikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 2 / 5 Az adatok feldolgozása Excellel 1. táblázat t (s) x (pixel) H (pixel) h' (mm) h (m) mgh 1/2mv 2 0 370 0 0 0 0 2,287646 0,013083 0,0667 223 147 152,586 0,152586 0,007484 1,338351 0,004478 0,1334 137 233 241,854 0,241854 0,011863 0,793673 0,001575 0,2001 86 284 294,792 0,294792 0,01446 0,326807 0,000267 0,2668 65 305 316,59 0,31659 0,015529-0,26456 0,000175 0,3335 82 288 298,944 0,298944 0,014663-0,96486 0,002327 0,4002 144 226 234,588 0,234588 0,011507-1,43172 0,005125 0,4669 236 134 139,092 0,139092 0,006822-1,99196 0,00992 0,5336 364 6 6,228 0,006228 0,000305 A kísérletekrıl készült digitális videofelvételek számítógépre mentése után a felvétel a különbözı szoftverek segítségével lejátszható, akár képkockánkénti léptetéssel is, így a mozgást akár pillanatról-pillanatra is nyomonkövethetjük. Egyes programok, mint például a Windows Movie Maker, a Windows XP egyik alapprogramja, illetve az internetrıl ingyenesen letölthetı BS Player lehetıvé teszik az egyes képkockák elmentését is. A Windows Movie Maker program a Kellékek (Accessories) közt található meg. A fájl importálása után a jobb oldalon található lejátszó részben a kezelıszervek segítségével a filmfelvételt le tudjuk játszani. Lehetıségünk van a képkockánkénti léptetéssel a megfelelı képkockák kikeresésére és elmentésére az általunk kiválasztott mappába (folder ). A BS Player esetén a képkockánkénti léptetést a lejátszás szüneteltetésével (pause ), majd a jobbra-, balra billentyők nyomkodásával érhetjük el, illetve a kívánt képkockákat a "P" billentyő megnyomásával menthetjük el a BS Player saját mappájába, majd onnan az általunk választott mappába másolhatjuk.

Fizikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 3 / 5 A videofelvételbıl kinyert állóképekhez idıadatokat tudunk rendelni. A Windows Movie Maker esetén ezt a képek elmentésekor le tudjuk olvasni az állapotsávban, és akár a képfájl nevében is elmenthetjük, míg a BS Player esetén az egymás után elmentett képek közt az eltelt képkockák számából tudjuk kiszámolni a képkockasebesség segítségével. A képfájlként elmentett képkockákat a különbözı szoftverek segítségével be tudjuk mutatni, illetve módosítani is tudjuk azokat. A Windows XP egy másik alapprogramja, a Paint segítségével a képeket szerkeszthetjük is. Mozgások esetén például berajzolhatjuk az adott pillanatban ható erıket, illetve a hely-, elmozdulás-, sebesség-, gyorsulásvektorokat is, valamint lehetıségünk van nyomkép (a test helyének egyenlı idıközönkénti megjelölése egy vonatkoztatási testhez viszonyítva) készítésére is. Ebben az esetben az egymást követı képkockákról a mozgó testet az eszköztárban található kivágás funkció (lásd 3. ábra) segítségével ki kell vágnunk, majd a háttér nem elmozduló, jellegzetes pontjainak felhasználásával a következı képre illesztenünk. A 2. ábrán látható képrészleten a vázolt módszerrel egy rugós figura ugrásáról készült nyomkép látható. A felvétel Canon Powershot A75 típusú digitális fényképezıgéppel, 640x480 képpontos felbontásban, 15fps képkockasebességgel készült. A háttér jellegzetes, nem elmozduló pontja a képrészleten nem látható asztalsarok volt.

Fizikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 4 / 5 A Paint további funkciója, hogy az állapotsorban minden pillanatban látható az egér kép feletti helyzete pixelkoordinátában (lásd 3. ábra). Ezt felhasználva az egyes képkockákon, vagy akár az illesztett nyomképen, a mozgó testhez koordinátaadatok is rendelhetık. A pixelkoordináták valós hosszúsággá alakításához csak egy tárgy, lehetıleg a mozgó tárgy méreteit kell ismernünk mind pixelben a képen, mind pedig cm-ben a valóságban. Az ugró figura esetén ez 55 mm, amibıl a képen látható 53 pixeles figuramagasságot figyelembe véve a pixelekre jutó hosszúság 1,038 mm/pixel. Az Excel program segítségével a korábban már ismertetett módon nyert idı- és helykoordináta adatokat táblázatba rendezhetjük (lásd 1. táblázat ). A kezdıpontokat mindkét adat esetén kedvünk szerint eltolhatjuk. A t idıkoordináta esetén a 15fps-os képkockasebességet felhasználva két képkocka elkészülte közt 1/15s = 0,0667 s idı telik el. Az x pixelkoordinátákat, a kezdıpillanatbeli 370 pixelt véve nullmagasságnak, a 370?x képlet segítségével tolhatjuk el. Az így kapott H pixelkoordinátákat ezután az 1,038 mm/pixel váltószámmal szorozva valós h' magasságkoordinátákká alakíthatjuk. A következı oszlopban a h magasság már méterben van megadva, amibıl a helyzeti energia a figura tömegének (5g) ismeretében már könnyen kiszámolható. A hozzávetıleges v sebességadatot az egymást követı képkockákhoz tartozó h magasságkoordináták h különbségébıl, és a képkockák elkészülte közt eltelt t idıbıl (1/15s) származtathatjuk, ezekbıl már a mozgási energia is kiszámolható. Az adatok ezután az Excel segítségével már könnyen ábrázolhatók grafikonon, a kapott pontokra trendvonalat is illeszthetünk. A grafikonok jól szemléltetik az energiaátalakulási folyamatokat (4. ábra). A módszernek vannak korlátai, hiszen a túl gyors mozgások esetén a test képének elmosódása jelent problémát, míg túl lassú mozgások esetén az elmozdulás csak néhány képpontnyi, ezért a diszkrét koordinátaértékek leolvasásában elkövetett 1 pixeles tévedés is már jelentıs hibát idézhet elı. Az elmozdulásokból származtatott sebességadatok esetében ezek a pixelkoordináták meghatározásakor elkövetett hibák pedig csak növekednek.

izikai Szemle 2007/6 - Szakmány Tibor, Papp Katalin: Digitális fényk... 5 / 5 A hibák azonban kiküszöbölhetık, ha a felvétel készítésekor ügyelünk a mozgó test és a felvevı kamera közötti távolságra. A megfelelı távolság megválasztásával elérhetı, hogy a felvételen látható elmozdulás a legmegfelelıbb tartományba (20-100 pixel) essék. Ebben a tartományban a felvételen a test mozgása miatti elmosódás még nem jelentıs, ugyanakkor a pixelkoordináták leolvasásában elkövetett ±1 pixeles tévedés 5%-nál kisebb hibát jelent. A módszer tehát ügyes elrendezéssel nagyon sok mozgás esetén használható, segítségével rezgımozgást, körmozgást, lejtın gördülést vagy más mozgásokat is nyomon követhetünk, ugyanakkor akár újszerő mérési gyakorlatok bevezetésére is lehetıségünk adódik. Erre lehet példa az autók sebességének mérése digitális fényképezıgép segítségével. Az autók sebességének méréséhez, csak egy rövid digitális videofelvételt kell készítenünk a forgalomról, 10-20 m távolságra állva az úttesttıl. Az 5. ábrán egy így készült videofelvétel két képkockájából összeillesztett kép látható. A pixelkoordinátákat valós hosszúsággá alakító váltószám meghatározásához szükséges hosszúságadatot ebben az esetben maga az elhaladó autó szolgáltatja, hiszen egy felismert autótípus adatait a különbözı autós weboldalakon megtalálhatjuk. Az 5. ábrán látható Audi A6 Quattro hossza 4795 mm, amit összevetve a képének 216 pixeles hosszával 22,19 mm/pixelt kapunk váltószámnak. Ez után az autó sebessége az 5. ábrán látható módon már könnyen kiszámolható, amelyre ebben az esetben az érvényes sebességkorlátozást jelentısen meghaladó 76,69 km/h-nak adódott. Módszertani megjegyzések A fenti példák csak ízelítıt adtak a sokféle lehetıségbıl, amelyeket a digitális fényképezıgép biztosít a mechanikai kísérletek elemzéséhez, a fogalmak bevezetéséhez. A szorosan vett "szakmai" hasznon túl meg kell említenünk a számítógép és a fényképezıgép teremtette modern tanításitanulási környezetet, amely a diákok aktivitását és igen kedvezı attitődjét biztosítja. Ez a környezet kihasználja a tanulók számítástechnikai ügyességét, a képsorozatok, felvételek elemzéséhez szükséges szoftverek virtuóz használatát, amely a hagyományos tanítási módszerekkel nehezen elérhetı tanulói érdeklıdést, kedvezı tantárgyi hozzáállást eredményez. A fényképezıgép mobil, iskolán kívüli környezetben való alkalmazása egy újabb elınyt jelent: az "outdoors physics", mint új didaktikai irányzat természetes megjelenését a fizikatanításban.