Nopeuden mittaaminen
Kokeilumielessä fysiikan laboratoriossamme voimme käyttää mitä tahansa monista menetelmistä mitata kappaleiden nopeutta.
Saksakello ja mittakeppi:
Yksinkertaisin tapa mitata nopeutta on käyttää sekuntikelloa ja mittakeppiä. Ellei ole huolimaton, inhimillisen erehdyksen voi harvoin katsoa aiheuttavan virheitä kokeissa. Sekuntikello on kuitenkin vain niin hyvä kuin sitä ohjaava ihminen. Ihmisen reaktioaika on parhaimmillaan sekunnin murto-osa (1/5), ja jo pelkästään tämä voi aiheuttaa virheen.
Fotopylväät ja mittakeppi
Voimme poistaa inhimillisen virhetekijän käyttämällä fotopylvästä. Kun liikkuva esineemme estää valonsäteen, se laukaisee ajastimemme käynnistyksen. Kun se estää toisen portin voi pysäyttää ajastimen. Jotkin valoportit ovat itsenäisiä laitteita, toiset integroituvat tietokoneeseen. Voit myös asettaa valoportit mittaamaan lyhyemmän ajan, jonka säde on estynyt, kun tietyn fyysisen koon omaava esine estää säteen.
Tikkunauha ja mittatikku
Tikkunauhakoneesta lähtee hyvin karmiva ääni. Siinä on pieni metallinen lyijykynä, joka pomppii ylös ja alas 60 syklin sekunnissa. Tämä taajuus johtuu laitteen voimanlähteenä toimivan vaihtosähkön taajuudesta. Liikkuvaan esineeseen kiinnitetään pitkä pätkä juoksuteippiä, jota vedetään koneen läpi, kun esine liikkuu. Hiilipaperin pala asetetaan värähtelevän kynän ja juoksunauhan väliin. Aina kun lyijykynä ponnahtaa alaspäin, se jättää hiilipisteen paperiin. Näiden pisteiden välinen etäisyys voidaan mitata yksinkertaisella mittatikulla kokeen suorittamisen jälkeen. Pisteiden välinen aika on yksinkertaisesti 1/60 sekuntia. On oivaltavaa huomata, että mitä nopeammin esine liikkuu, sitä suurempi on pisteiden välinen etäisyys.
Ultraääniliikeanturit muistuttavat poliisieni käyttämiä tutkalaitteita, joilla he mittaavat autojen nopeutta moottoritiellä. Suurin ero on se, että nämä anturit käyttävät ultraääniaaltoja. Nämä ovat ääniaaltoja, joiden sävelkorkeus on niin korkea, että ne ovat ihmisen kuuloalueen ulkopuolella. Anturi lähettää ultraääniaallot keskitetyssä kartiossa. Kun aallot kimpoavat takaisin anturiin, ääniaalto kerätään. Doppler-siirtymän ansiosta kohteen nopeus voidaan mitata tarkasti.
Videokuvan analysointi: Vuosia sitten saatoimme ottaa valokuvia stroboskooppivalon avulla kinemaattisten mittausten tekemiseksi. Jos katsot stroboskooppikuvia, näet selvästi, miten kuvien välinen etäisyys kasvaa nopeuden myötä.
Tänä päivänä voimme kerätä videokuvaa webbikameralla tai kännykällä. Koska videokuvaa kerätään 30 kuvaa/sekunti, tiedämme kuvassa olevan aikaväliä. Jos tiedämme pikselikoon ja etäisyyden välisen suhteen, voimme helposti löytää nopeuden. Tämä onnistuu, jos tiedämme videon kohteen koon. Tai videoon voidaan sijoittaa mittatikku viiteasteikoksi. On kuitenkin varottava parallaksin vaikutusta videokuvaan. Jos kohde on kauempana (tai vinossa), se näyttää pienemmältä. Hienovarainen menetelmä olisi käyttää Vernier Softwaren LoggerPro- tai VideoPhysics-ohjelmistoa. Tässä ohjelmistossa klikkaat analysoitavan kohteen sijaintia jokaisen kuvan aikana.