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Analisis de magnitudes fisicas

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Analisis de magnitudes fisicas

  1. 1. ANÁLISIS DE MAGNITUDES FÍSICAS SOBRE IMÁGENES DE VÍDEO OBJETIVO El objetivo de esta práctica es medir y analizar magnitudes físicas (posición, velocidad,…) sobre imágenes reales de vídeo. Es una práctica relativamente avanzada y parece un pocodifícil al principio, pero no es así. Una vez que aprendas a manejar los programas deordenador te resultará sencilla y muy, muy entretenida. Además, resulta enormemente interesante porque te permite hacer cosas imposibles porotros medios. De hecho, cuando aprendas a manejar los programas podrás plantearteinvestigar, por ti mismo, fenómenos que están al alcance de muy poca gente. Y, sobre todo, tefacilita relacionar las cuestiones vistas en clase con la realidad que ves a tu alrededor. MATERIALES Para la realización de esta práctica hacen falta: o Un registro de vídeo con una referencia métrica. o Un ordenador. o El programa informático AviMéca 2.6 para el análisis de magnitudes físicas sobre imágenes de vídeo. o Un programa que te permita hacer representaciones gráficas de los datos numéricos; algunos ejemplos son: Excel, Grafical Analisys, Origin, Derive,… o Este guión de prácticas, que te explica cómo realizar el proceso, paso a paso. DESARROLLO La realización de esta práctica a grandes rasgos, más adelante se detallará cada acción,implica: 1. Filmar un vídeo con una referencia métrica. El registro de vídeo puede ser un tiro acanasta, un tiro parabólico, una bola sobre un plano, un choque, etc. En nuestro caso, lagrabación ya está archivada en el ordenador. El profesor te indicará como abrir el archivocuando llegue el momento. 2. Determinar los valores de posición y tiempo para el objeto que se mueve en cadafotograma. Así obtendremos una tabla (posición-tiempo) del registro. Este trabajo lorealizaremos con la ayuda de un programa informático (AviMéca 2.6). El manejo delprograma está detallado en el anexo I; además, el profesor desarrollará un ejemplo paraaclarar las posibles dudas. 3. Representar gráficamente los valores. Una vez que tengamos la tabla de valoresdebemos exportarlos a una hoja de cálculo y representarlos. Aunque, probablemente, yaconoces el manejo de las hojas de cálculo, en el anexo II se detallan algunos aspectosinteresantes para facilitar la representación de tablas de valores. En cualquier caso, elprofesor desarrollará un ejemplo para aclarar las posibles dudas. 1 Angel Ezquerra
  2. 2. Ya sabes que es posible realizar muchas representaciones gráficas diferentes, nosotros nosvamos a centrar en las más sencillas. Una vez que tengas los valores t-x-y de cada puntodebes representar, analizar y comentar los resultados de:  La gráfica x-y que determina la trayectoria del objeto: recta, curva, parábola,… Ya viste en la realidad y en la grabación del vídeo por donde pasa el objeto, ahora puedes obtener la ecuación de la trayectoria.  La gráfica x-t que te permite determinar la ecuación del movimiento horizontal del objeto y, por tanto, la velocidad, la aceleración y el tipo de movimiento horizontal (MRU, MRUA,…)  La gráfica y-t que te permite determinar la ecuación del movimiento vertical del objeto y, por tanto, la velocidad, la aceleración y el tipo de movimiento vertical (MRU, MRUA,…) Cuando te plantees el análisis de los datos debes, sobre todo, tener presente:  qué estás representando  qué significado tiene lo que representas  para qué haces esta o aquella representación. 4. Análisis y comunicación de resultados. Cuando hayas terminado debes presentar unguión de prácticas. Para que no te pierdas a la hora de realizar el informe del trabajo te damosalgunas pistas: a)Describe el fenómeno que estás considerando. Por ejemplo: vamos a analizar un choque, un tiro parabólico,… Para este apartado puedes usar esquemas, fotos, diagramas,… b)Muestra la tabla de valores que has obtenido. Los resultados deben estar presentados de forma clara y con las unidades adecuadas. c)Análisis de los resultados. Indica los aspectos que vas a valorar y muéstralos de forma ordenada. En cada epígrafe puedes adjuntar la gráfica correspondiente y los comentarios oportunos. No trates de hablar de algo que no tienes claro. Como ayuda, te mostramos los aspectos más habituales: trayectoria del movimiento, tipo y ecuación de movimiento (MRU, MRUA,…) y, por último, velocidad y aceleración del objeto (si a lugar). 2 Angel Ezquerra
  3. 3. OBTENCIÓN DE DATOS SOBRE IMÁGENES DE VÍDEO. ANEXO I: AVIMÉCA 2.6 OBJETIVO. En este anexo te vamos a explicar como medir y analizar magnitudes físicas sobreimágenes reales de vídeo (sobre registros de vídeo). ANTES DE EMPEZAR. En esta ocasión, el registro de vídeo se te proporciona, no debes preocuparte; pero engeneral, hace falta grabar el fenómeno físico que queremos analizar. Al realizar estaoperación hay que tener presentes algunas cuestiones:  Debes disponer de una cámara de vídeo digital. Así podrás volcar los archivos de imagen al ordenador. Si tu móvil o tu cámara de fotos graba vídeo, tal vez, te pueda servir. En este caso, puede que te plantees iniciar una investigación por ti mismo.  Debes disponer de los codecs necesarios para que tu ordenador pueda ejecutar los archivos de vídeo. Está parte es la más complicada, pero en general la mayoría de las cámaras suelen traer un CD con sus propios codecs. También puedes bajar los programas para codificar y decodificar los archivos de vídeo, los codecs, de Internet. Existen multitud de paquetes con los codecs más habituales.  El formato del archivo de vídeo deber ser *.avi.  El plano de la grabación debe permanecer inmóvil, solo se debe mover el objeto a analizar, nunca la cámara.  En el plano de la grabación debe aparecer una referencia métrica real, unas marcas que nos permitan identificar una distancia conocida en la imagen, lo mejor suele ser situar una regla en el plano de la grabación. Este parámetro nos servirá para indicar al programa el tamaño real de las imágenes. PROCESO DE ANÁLISIS DE UN VÍDEO, PASO A PASO. 1. Abrir el programa AviMéca 2.6. Se encuentra en el escritorio de tu ordenador; es un icono de color blanco con las letras AM en rojo. Observa el Acceso directo a avimeca2.exe.lnk icono adjunto. 3 Angel Ezquerra
  4. 4. 2. Abrir un clip de vídeo. Para ello,pincha en el botón superior izquierdodel programa. Se despliega un menúdonde aparecen todos los archivos devídeo. 2.1. Si te sitúas sobre cualquiervídeo, fíjate que a la derecha de lapantalla aparece la información de lascaracterísticas del vídeo. Elige el vídeoque te indique el profesor y ábrelo. 3. Una vez abierto el vídeo vamos a fijarnos en algunas cosas: 3.1. Para visualizar todo el vídeopincha en el botón verde de abajo a laizquierda (rouer le clip). Los botonesadjuntos son semejantes a los de unvídeo reproductor casero. Por orden, deizquierda a derecha: ir al inicio, al final,un fotograma atrás, un fotogramaadelante. Justo al lado, se indica elnúmero de fotograma vigente. 3.2. Ayudas del programa. Si tesitúas sobre un botón cualquiera verásque en la cinta que está debajo del botónverde se indica (en francés) la funciónde dicho elemento. 3.3. Para ampliar el tamaño de laimagen pincha en el segundo botón dearriba a la izquierda. Se abre un menú.Selecciona Adapter y pincha OK. Yatenemos el vídeo en el tamaño que nosinteresa. 4 Angel Ezquerra
  5. 5. 4. Para conocer mejor el manejo del programa y sus peculiaridades. En el ladoderecho, en la parte superior de la pantalla, aparecen tres pestañas: Mesures (medidas o datos). Ahorasolo están los datos del tiempo entrecada fotograma (frame), faltan los datosde X e Y. Estos datos son los quequeremos conseguir, pero aun queda unpoquito de trabajo previo. Etalonnage (referencia métrica).Nos permite determinar referencias demedida sobre la imagen. Propriétés du clip (propiedadesdel vídeo). Nos ofrece lascaracterísticas del vídeo: número defotogramas, duración, frecuencia deimágenes, etc. 5. Determinación del sistema de referencia de coordenadas cartesiano sobre laimagen. Elige la pestaña Etalonnage. Pinchaen el punto origine et sens (origen ysentido de los ejes) y elige laorientación de los ejes más adecuada.Sitúa el cursor sobre la parte de laimagen que consideres adecuada ypincha (con cuidado) en ese punto.Verás que se sobrescriben unos ejes decoordenadas en la imagen. Puedescambiar la posición de los ejespinchando en otro sitio. 6. Determinación de las referencias métricas reales sobre la imagen. Pincha en el punto Echallehorizontale (medida horizontal). Escribela distancia que vas a seleccionar, eneste caso es 1 metro (valor por defecto).Seguidamente: a) pincha en 1er point, sitúa elcursor sobre el principio de la reglahorizontal y pincha. b) pincha en 2ème point, sitúa elcursor sobre el final de la reglahorizontal y pincha. Repite el proceso para asignarmedidas a la componente vertical. 5 Angel Ezquerra
  6. 6. 7. Asignación de valores numéricos a los puntos de cada fotograma. Elige la pestaña Mesures y Es posible cambiar el color yasegúrate que estas en el fotograma 1 de tamaño de la “mira del cursor”. Paratu vídeo. Sitúa la “mira del cursor” ello, pincha en el tercer botón de lasobre el elemento adecuado de la parte superior y elige color y aspecto.imagen y pincha. Comprobarás que elvídeo avanza un fotograma y que en latabla de datos aparecen loscorrespondientes valores numéricospara X e Y. Repite este proceso, concuidado, hasta que termine el vídeo.Observa la fotografía adjunta y veráscomo se ve una serie de puntos negrosproducidos por el proceso de punteadorealizado sobre los fotogramasanteriores. Además, puedes ver como latabla de valores se va completando. 7.1 Si necesitas varios puntos porfotograma, pincha en points/image nº yselecciona 2, 3 ó 4. Recuerda que es esecaso tendrás que pinchar en 2 (3 ó 4)puntos en cada fotograma. En lafotografía adjunta se ha hecho elseguimiento en tres lugares: cabeza,mano y pie. El ordenador se encarga depasar al siguiente fotograma al terminarcon los tres pinchazos. 8. Exportar los datos a una hoja de cálculo. Pincha sobre el quinto botón de laparte superior izquierda. Se abre unmenú, selecciona OK. Ya tienes losdatos en la memoria, abre la hoja decálculo Excel (sirve cualquier otra) ypega los valores. 9. También, es posible copiar la imagen con el punteado. Pincha sobre el sexto botón de laparte superior izquierda. Se abre unmenú, selecciona Inclure l´image y OK.Ya tienes el fotograma final y elpunteado en la memoria, abre el Word(sirve cualquier otra) y pega la foto. Por último, asigna un nombre a tus archivos (el de los datos y el de la foto) y copialos archivos para llevártelos a casa. Si quieres, el profesor te proporcionará el programaAviMéca 2.6., los codecs o cualquier otro elemento o ayuda que necesites. 6 Angel Ezquerra
  7. 7. REPRESENTACIONES GRÁFICAS DE UNA TABLA DE VALORES. ANEXO II. Para representar gráficamente una tabla de valores puedes proceder de muchasmaneras, en general, de forma tradicional o con ayuda de la informática. Seguro queanteriormente ya has representando gráficas de forma tradicional:  Dibujando los ejes,  Eligiendo los límites y la escala  Llevando punto a punto los valores sobre en sistema de coordenadas cartesianas  Uniendo los puntos a mano alzada de forma más o menos acertada Cuando usas un ordenador para representar una tabla de valores hay algunas tareasque se facilitan enormemente, pero: ¡cuidado!, las máquinas no piensan por ti. Debessaber lo que quieres hacer y tener una idea de lo que va a salir, para poder interpretar elsignificado de la gráfica. Vemos un ejemplo. Observa la tabla de valores adjunta que se obtuvieron delchoque de dos bolas. Pointages AviMéca Dato t (s) x1 (m) y1 (m) x2 (m) y2 (m) 0 0,000 0,000 0,000 0,298 0,000 1 0,067 0,022 0,000 0,298 0,000 2 0,133 0,050 0,000 0,298 0,000 3 0,200 0,072 0,000 0,298 0,000 4 0,267 0,095 0,000 0,298 0,000 5 0,333 0,119 0,000 0,298 0,000 6 0,400 0,139 0,000 0,298 0,000 7 0,467 0,162 0,000 0,298 0,000 8 0,533 0,186 0,000 0,298 0,000 9 0,600 0,205 0,000 0,298 0,000 10 0,667 0,217 0,000 0,298 0,000 11 0,733 0,238 0,000 0,298 0,000 12 0,800 0,260 0,000 0,298 0,000 13 0,867 0,279 0,000 0,301 0,000 14 0,933 0,282 0,000 0,317 0,000 15 1,000 0,289 0,000 0,327 0,000 16 1,067 0,293 0,000 0,341 0,000 17 1,133 0,301 0,000 0,353 0,000 18 1,200 0,303 0,000 0,365 0,000 19 1,267 0,312 0,000 0,377 0,000 20 1,333 0,317 0,000 0,387 0,000 21 1,400 0,324 0,000 0,399 0,000 22 1,467 0,329 0,000 0,413 0,000 23 1,533 0,336 0,000 0,425 0,000 24 1,600 0,343 0,000 0,437 0,000 25 1,667 0,348 0,000 0,449 0,000 Comprueba que los valores Y (componente vertical) para las dos bolas, siempre soncero. Eso significa que ni suben ni bajan, el impacto se hizo sobre una mesa en línearecta. Observa otra vez los valores y piensa que bolita estaba parada al antes del 7 Angel Ezquerra
  8. 8. impacto. Si representas espacio frente a tiempo para cada bolita antes del impacto seobserva la siguiente gráfica, aquí es fácil hacerse una idea. GRÁFICA ESPACIO-TIEMPO 0,350 0,300 0,250 Espacio x(m) x1 (m) 0,200 x2 (m) 0,150 y = 0,3239x + 0,0062 Lineal (x1 (m)) 0,100 0,050 0,000 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 Tiempo t(s) Evidentemente, la bolita 2 está en reposo antes del impacto y la bolita 1 se desplazaa velocidad constante. Si determinas la ecuación del movimiento (el ordenador lo puedehacer por ti) se obtiene el valor de la velocidad (v = 0,32 m/s) y el punto inicial xi. El procedimiento para obtener esta gráfica (o cualquier otra) es el siguiente. 1. Pega los datos importados del programa AviMéca 2.6 en la hoja de cálculo Excel. Obtendrás una tabla de valores. 2. Selecciona las columnas que desees representar. Para seleccionar varias columnas alternas debes mantener presionada la tecla control y desplazar el cursor sobre las celdas. En este caso, las columnas del tiempo, espacio x1 y espacio x2 hasta el dato número 12. 3. Pincha el botón asistente para gráficos 8 Angel Ezquerra
  9. 9. 4. Selecciona, tipo de gráfico: XY (dispersión) 5. Selecciona, subtipo de gráfico: dispersión con puntos de datos conectados por líneas suavizadas. 6. Pincha el botón siguiente, ya podrás ver la gráfica. Vuelve a pinchar el botón siguiente. 7. Marca las casillas líneas de división principal y el botón siguiente. 8. Pincha el botón finalizar. 9. Según tu habilidad puedes agregar títulos a los ejes, cambiar las líneas de los gráficos, etc, etc, etc. 10. También puedes añadir la ecuación que genera esa tabla de valores y el gráfico. Solo tienes que situarte sobre la línea del gráfico que desees y pinchar con el botón derecho del ratón, se despliega un menú: a)Elige agregar línea de tendencias, b)Si la gráfica es una recta pasa el siguiente paso. Si es una curva elige la opción polinomial y pasa al siguiente pasos c)Selecciona la pestaña opciones y marcar la casilla presentar ecuación en el gráfico. d)Pincha el botón aceptar y tu ecuación aparecerá sobre impresionada en la gráfica. Ahora deber interpretar que significa, eso no lo hace el ordenador 11. El gráfico, la ecuación y la tabla de valores puedes copiarlos y pegarlos en un documento Word junto a tus hábiles comentarios.BIBLIOGRAFÍAEzquerra, A. (2005). Utilización de vídeos para la realización de medidas experimentales.Alambique, 44, 113-119.AVIMÉCA, página para descargar el producto en: http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/scphys/outinfo/log/avimeca/am_h.htm

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