普通物理實驗

GENERAL PHYSICS LABORATORY

 

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latest update 2023/09/21

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運動影像數據擷取技術
Motion Analysis with Machine Vision
 

課程目標:

  • 機械視覺分析運動 / motion analysis with machine vision

實驗目的:

本實驗以「攝影機」與「運動影像分析軟體」,以影像的方式分析牛頓第二運動定律實驗的實驗結果。希望藉由此實驗,使各位同學熟悉擷取影像數據的操作方法與分析能力。

 

原理:

影像擷取設備介紹:

要利用影像來進行實驗數據的擷取與分析,所需要的設備主要可區分為兩大部分。一為攝錄影像的攝影機,另一為分析運動影像的軟體。一般而言,攝錄影機的功能為紀錄運動物體的影像。但是要對運動物體進行位置、速度等的分析工作,則需要使用軟體對攝影機所紀錄的物體影像,判讀其每個時刻的位置。

用於進行運動分析的攝影機,在性能上的要求有下列幾點:

1. 畫面影像與實際空間的長度比例,在畫面中各處必須是相同的。
通常攝影機的鏡頭為了廣角功能(可以拍攝較大角度內的影像),畫面外側與畫面中央的影像比例會不太一樣。對於運動實驗而言,這將會造成長度相關物理量的判讀誤差。

2. 穩定的畫面擷取時間間隔
對於運動分析的實驗而言,每秒攝取的畫面越多,將可以分析越高速的運動。

本實驗所使用的運動影像分析軟體,是目前常見的免費教育軟體 Tracker。可由下列網頁下載與取得資訊。
(
Tracker Video Analysis and Modeling Tool for Physics Education (physlets.org) )

 

實驗項目:

請先依照牛頓第二運動定律的實驗要求,進行實驗的準備工作。然後利用影像擷取的工具,重複下列兩項實驗項目,並與先前所取得之數據作一比較。

1. 系統質量固定時,外力與加速度是否成正比。

 

2. 外力固定,系統質量與加速度成反比。

 

參考資料: