Měření rychlosti
Experimentálně můžeme ve fyzikální laboratoři použít některou z několika metod měření rychlosti objektů.
Stopky a měřicí tyč:
Nejjednodušším způsobem měření rychlosti je použití stopek a měřicí tyče. Pokud člověk není neopatrný, lze chyby při pokusech jen zřídka přičíst lidské chybě. Stopky jsou však jen tak dobré, jak dobrý je člověk, který je ovládá. Reakční doba člověka je v nejlepším případě zlomek sekundy (1/5), a to samo o sobě může způsobit chybu.
Fotogaty a měřicí tyč
Faktor lidské chyby můžeme eliminovat použitím fotogatu. Když ve fotobráně náš pohybující se objekt zablokuje paprsek světla, spustí se náš časovač. Když zablokuje druhou bránu v může zastavit časovač. Některé fotobrány jsou samostatná zařízení, jiné se integrují s počítačem. Fotobrány lze také nastavit tak, aby měřily kratší dobu, po kterou je paprsek blokován, když objekt dané fyzické velikosti paprsek blokuje.
Tickertape a Meterstick
Zařízení tickertape vydává velmi děsivý zvuk. Má malý kovový stylus, který naráží nahoru a dolů rychlostí 60 cyklů za sekundu. Tato frekvence je způsobena frekvencí střídavého elektrického proudu, který přístroj napájí. K pohybujícímu se předmětu je připevněn dlouhý kus pásky, který je při pohybu předmětů protahován přístrojem. Mezi vibrující stylus a pásku se umístí kousek karbonového papíru. Pokaždé, když se stylus odrazí dolů, zanechá na papíru uhlíkovou tečku. Vzdálenost mezi těmito tečkami lze po provedení experimentu změřit pomocí jednoduché metrové tyčinky. Čas mezi tečkami je jednoduše 1/60 sekundy. Je prozřetelné, že čím rychleji se objekt pohybuje, tím větší je vzdálenost mezi tečkami.
Ultrazvukové snímače pohybu jsou podobné radarovým pistolím, které používají moji policisté k měření rychlosti aut na dálnici. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že tyto snímače používají ultrazvukové vlny. Jedná se o zvukové vlny s tak vysokou výškou tónu, že jsou mimo dosah lidského sluchu. Senzor vysílá ultrazvukové vlny v soustředěném kuželu. Když se vlny odrazí zpět k senzoru, zvukové vlny se zachytí. Díky Dopplerovu posunu můžeme přesně změřit rychlost objektu.
Video analýza obrazu: Před lety jsme mohli pořizovat fotografie pomocí stroboskopického světla a provádět tak kinematická měření. Pokud se podíváte na fotografie pořízené stroboskopem, můžete jasně vidět, jak se s rychlostí zvětšují rozestupy mezi snímky.
Dnes můžeme pořizovat videozáznamy pomocí webové kamery nebo mobilního telefonu. Vzhledem k tomu, že video je shromažďováno rychlostí 30 snímků za sekundu, známe časový odstup na snímku. Pokud známe vztah mezi velikostí pixelu a vzdáleností, můžeme snadno zjistit rychlost. Toho lze dosáhnout, pokud známe velikost objektu na videu. Nebo lze do videa umístit metrovou tyč jako referenční měřítko. Je však třeba dávat pozor na vliv paralaxy na obraz videa. Pokud je objekt vzdálenější (nebo mimo úhel), bude se zdát menší. Diskrétní metodou by bylo použití programu LoggerPro nebo VideoPhysics od společnosti Vernier Software. V tomto softwaru kliknete na polohu objektu, který se snažíte analyzovat, během každého snímku.
.