Måling af hastighed
I vores fysiklaboratorium kan vi eksperimentelt bruge en af flere metoder til at måle objekters hastighed.
Stopur og målepind:
Den enkleste måde at måle hastighed på er at bruge et stopur og en målepind. Medmindre man er uforsigtig, kan menneskelige fejl sjældent tilskrives fejl i eksperimenterne. Et stopur er dog kun lige så godt som det menneske, der kontrollerer det. I bedste fald er menneskets reaktionstid en brøkdel af et sekund (1/5), og alene dette kan skabe en fejl.
Fotogate og målepind
Vi kan eliminere den menneskelige fejlfaktor ved at bruge en fotogate. I en fotogate, når vores bevægelige objekt blokerer en lysstråle, udløser det starten af vores timer. Når det blokerer en anden gate i kan stoppe timeren. Nogle fotogates er selvstændige enheder, mens andre kan integreres med en computer. Du kan også indstille fotogates til at måle den kortere tid, som strålen er blokeret, når et objekt af en given fysisk størrelse blokerer strålen.
Tickertape og meterstick
En tickertape-maskine udsender en meget uhyggelig lyd. Den har en lille stylus af metal, som bumper op og ned med 60 cyklusser/sekund. Denne frekvens skyldes frekvensen af den vekselstrømselektricitet, som driver apparatet. Et langt stykke tickertape er fastgjort til den bevægelige genstand og trækkes gennem maskinen, efterhånden som genstanden bevæger sig. Et stykke kulstofpapir anbringes mellem den vibrerende stylus og tickerbåndet. Hver gang stylussen hopper ned, efterlader den en kulstofplet på papiret. Afstanden mellem disse prikker kan måles med en simpel målepind, efter at forsøget er udført. Tiden mellem prikkerne er simpelthen 1/60 af et sekund. Det er indsigtsfuldt at bemærke, at jo hurtigere et objekt bevæger sig, jo større er afstanden mellem prikkerne.
Ultrasoniske bevægelsessensorer svarer til de radarpistoler, som mine politifolk bruger til at måle bilers hastighed på motorvejen. Den store forskel er, at disse sensorer anvender ultralydsbølger. Det er lydbølger med en tonehøjde, der er så høj, at de ligger uden for den menneskelige hørelse. Sensoren udsender ultralydsbølgerne i en fokuseret kegle. Når bølgerne preller tilbage til sensoren, opfanges lydbølgen. På grund af Dopplerforskydningen kan vi nøjagtigt måle objektets hastighed.
Videobilledanalyse: For år tilbage kunne vi tage fotografier ved hjælp af et stroboskoplys for at foretage kinematiske målinger. Hvis man ser på stroboskopfotos, kan man tydeligt se, hvordan afstanden mellem billederne øges med hastigheden.
I dag kan vi opsamle videooptagelser med et webcam eller din mobiltelefon. Da videoen er indsamlet med 30 billeder/sekund, kender vi tidsintervallet i billedet. Hvis vi kender forholdet mellem pixelstørrelse og afstand, kan vi nemt finde hastigheden. Dette kan gøres, hvis vi kender størrelsen af et objekt i videoen. Eller en meterstok kan placeres i videoen som en referenceskala. Man skal dog være forsigtig med virkningerne af parallakse på videobilledet. Hvis et objekt er længere væk (eller har en anden vinkel), vil det se ud til at være mindre. En diskret metode ville være at bruge LoggerPro eller VideoPhysics fra Vernier Software. I denne software klikker du på positionen af det objekt, du forsøger at analysere, i hvert enkelt billede.