Mark Kuzyk 교수와 Maxx Hart 교수는 최근 출판물 "휴대폰으로 데이터 수집: 에너지 및 운동량 보존과 같은 기계 법칙 연구" [1]에서 고전 역학 과정에서 수행된 일련의 실험실 실험을 발표합니다. 큐볼 충돌을 비디오로 녹화하고 Origin의 비디오 데이터 추출기 앱을 프레임별로 큐볼의 위치를 ​​디지털화하는 도구로 사용했습니다.

당구공의 충돌 연구에 사용된 비디오의 한 프레임

유사한 실험실 실험에서는 휴대폰에서 수집한 데이터를 사용하지만 [2] Kuzyk는 스트로브를 사용하지 않고 [3] 움직이는 물체의 비디오를 녹화하고 비디오 추출기로 이 데이터를 디지털화하여 더 쉬운 대안을 제시합니다.

Vernier 및 Tracker와 같은 다른 Video Extractor 도구가 존재하지만 Kuzyk는 "정교한 데이터 분석 패키지를 포함하고 전문가 수준의 그래픽을 생성하기 때문에 Origin과 함께 Video Extractor를 사용하기로 결정했습니다. 대안을 사용하려면 데이터를 내보내야 합니다. 더 정교한 분석”

실험을 위해 큐볼이 다른 공과 충돌하기 전후의 움직임을 휴대폰에 기록했습니다. 학생들은 초침으로 시계를 비디오로 촬영하여 전화기의 프레임 속도를 확인했습니다. Video Data Extractor 앱에서 실제 당구대의 측정값을 사용하여 축의 배율을 설정했습니다. 그런 다음 학생들은 다음 프레임으로 이동하기 전에 큐볼의 중심을 여러 번 클릭했습니다. Video Extractor는 단일 위치에 대해 이러한 여러 측정값을 사용하여 평균 좌표와 표준 오류를 반환합니다. Kuzyk는 자신의 논문에서 "이 데이터를 추가로 분석하고 시각화하여 충돌 시 에너지 및 운동량 보존, 롤링 및 슬라이딩 마찰, 미끄러지는 토크가 있는 경우의 각운동량 및 소산력을 연구할 수 있습니다."라고 말했습니다.

시간(포인트) 및 5포인트 스무딩(빨간색 곡선)의 함수로서 큐볼의 속도입니다. 큐볼은 a로 표시된 영역에서 치고 영역 c에서 8개의 공을 칩니다. 다른 영역은 큐볼 슬라이딩(b 및 d) 및 롤링(e)에 해당합니다. 삽입된 그림은 큰 보라색 점으로 표시된 교차점과 함께 시간 및 조각별 이차 적합의 함수로 거리 플롯을 보여줍니다.

휴대 전화에서 데이터를 수집하는 것은 많은 실제 사례를 통합할 수 있기 때문에 학생들에게 재미있고 매력적일 뿐만 아니라 대학이 원격 및 하이브리드 교육 모델에 적응해야 하는 시점에 발생합니다. 비디오 추출기 앱을 개발하기 위해 우리와 함께 작업한 Kuzyk 교수에게 매우 감사하며 이 앱이 더 넓은 과학 커뮤니티에 유용하기를 바랍니다. 오늘 OriginPro 평가판을 다운로드하여 이 앱을 직접 사용해 보십시오. 학생들과 함께 OriginPro Coursework License를 사용하려면 Academic Licensing 페이지를 방문하십시오 .

참고 문헌:

[1] M. Hart, & MG Kuzyk, "휴대폰으로 데이터 수집: 에너지 및 운동량 보존과 같은 기계적 법칙 연구", Am. J. Phys. 88(11), 948-957(2020). doi:10.1119/10.0001686
[2] JC Castro-Palacio, L. Velazquez-Abad, MH Gimienez 및 JA Monsdoriu, "자유 및 감쇠 조화 진동에 대한 물리 실험에서 휴대폰 가속 센서 사용", Am. J.Phys. 81, 472 (2013)
[3] JC Williamson, RO Torres-Isea 및 CA Kletzing, "퍽 충돌의 디지털 비디오에서 선형 및 각 운동량 보존 분석", Am. J. Phys., 68, 841(2000).

참고:

이미지는M. Hart, & MG Kuzyk, "휴대폰으로 데이터 수집: 에너지 및 운동량 보존과 같은 기계적 법칙 연구", Am. J. Phys. 88(11), 948-957(2020). doi:10.1119/10.0001686 , 미국 물리 교사 협회의 허가를 받았습니다.