2. Phase

Vi­deo­ana­ly­se

Stun­den 5 und 6: Vi­deo­ana­ly­se des frei­en Falls

Er­klä­run­gen und Ma­te­ri­al

Mit Hilfe einer Vi­deo­ana­ly­se wer­den Fall­be­we­gun­gen auf­ge­zeich­net. Diese Phase dient dazu, die Be­die­nung der Soft­ware ken­nen­zu­ler­nen und Ver­trau­en in das Er­geb­nis auf­zu­bau­en.

Zu­erst wird der Fall einer Kugel un­ter­sucht. Man kann hier klei­ne Bälle ver­wen­den, wie man sie für Squash oder Beach-Ball ver­wen­det. Es ist von Vor­teil, wenn sich diese farb­lich vom Hin­ter­grund ab­he­ben. Es gibt auch Ku­gel­sät­ze mit glei­chem Durch­mes­ser und un­ter­schied­li­chen Mas­sen im Lehr­mit­tel­han­del zu kau­fen. So kann man, im Rah­men der Mess­ge­nau­ig­keit, nach­wei­sen, dass die Be­schleu­ni­gung beim frei­en Fall un­ab­hän­gig von der Masse ist.

05_06_nvm_­ar­beits­auf­tra­g_vi­deo­ana­ly­se­_oh­ne_i­pad

05_06_nvm_­ar­beits­auf­tra­g_vi­deo­ana­ly­se­_­mit­_i­pad

Mög­li­che Feh­ler­quel­len bei der Vi­deo­ana­ly­se sind die Ka­mer­a­po­si­ti­on und/oder die Po­si­ti­on des Maß­stabs. Um die rich­ti­ge Ka­mer­a­po­si­ti­on zu fin­den, soll­ten die Schü­ler vor der Auf­nah­me der Vi­de­os das Ar­beits­blatt 05_06_nvm_vi­deo­ana­ly­se­_beim_­fil­men_dar­auf_ach­ten be­ar­bei­ten, auf wel­ches im Ar­beits­auf­trag hin­ge­wie­sen wird.

Eben­so muss man für eine gute Be­leuch­tung sor­gen, damit die Ver­schluss­zeit kurz sein kann und so die Fall­be­we­gung nicht „ver­schmiert“. Ein Ball wird im Video an­sons­ten schnell zu einem lan­gen Strich.

In die­sem Un­ter­richts­ab­schnitt wird der freie Fall un­ter­sucht, da die Be­we­gungs­glei­chung be­reits aus dem Phy­sik­un­ter­richt be­kannt ist. Un­ter­sucht man das Mess­er­geb­nis der Vi­deo­ana­ly­se mit einer Funk­ti­ons­an­pas­sung oder ver­gleicht das Er­geb­nis mit der be­kann­ten Glei­chung,

$s=\frac{\mathrm{<em>1</em>}}{\mathrm{<em>2</em>}}\cdot g\cdot t^{\mathrm{<em>2</em>}}$

so stellt man fest, dass der durch die Vi­deo­ana­ly­se be­stimm­te Orts­fak­tor re­la­tiv gut mit dem Ta­bel­len­wert über­ein­stimmt, soll­te man die vor­her er­ar­bei­te­ten Feh­ler­quel­len so gut es geht ver­mie­den haben.

Tech­ni­sche Um­set­zungs­mög­lich­kei­ten der Vi­deo­ana­ly­se

Zur Um­set­zung die­ses di­dak­ti­schen An­sat­zes gibt es viele mög­li­che Wege:

Vi­deo­auf­nah­me: High-speed-Ka­me­ra oder Ta­blet

Vi­deo­ana­ly­se: iPad: Viana, Coach, Video phy­sics, … / PC, Mac: Tra­cker, Coach, Viana (nur PC), …

In den Stun­den 9 bis 11 müs­sen die Er­geb­nis­se noch in die Mo­dell­bil­dung ein­ge­le­sen wer­den. Sind die Schü­ler schnell, so kann das Er­geb­nis der Vi­deo­ana­ly­se be­reits an die­ser Stel­le mit der Mo­dell­bil­dung ver­gli­chen und somit geübt wer­den. Die Er­klä­rung hier­zu be­fin­det sich bei Stun­den 9 bis 11.

Vi­deo­ana­ly­se und Nä­he­rungs­kur­ve - mit dem iPad

Mit der Vi­deo­ana­ly­se­soft­ware Viana wird das Video auf­ge­nom­men und ver­mes­sen.

In der App selbst be­kommt man einen schnel­len Über­blick mit vor­ge­fer­tig­ten Dia­gram­men.

Um die Mes­sung mit einer Kurve zu nä­hern (Kur­ven­fit), muss man die Daten in die App Gra­phi­cal Ana­ly­sis GW von Ver­nier ex­por­tie­ren.

Um das Er­geb­nis der Vi­deo­ana­ly­se mit der Si­mu­la­ti­on zu ver­glei­chen, muss die Mess­er­geb­nis­se aus Viana als csv-Datei ex­por­tie­ren.

Schrift­li­che An­lei­tung: 05_06_nvm_­ar­beits­auf­tra­g_vi­deo­ana­ly­se­_­mit­_i­pad

Lehr­vi­deo: 05_06_nvm_vi­deo­ana­ly­se­_i­pad

Ver­wen­det man das Lehr­vi­deo, so kann man auch die kür­ze­re An­lei­tung 05_06_nvm_­ar­beits­auf­tra­g_vi­deo­ana­ly­se­_oh­ne_i­pad ver­wen­den.

Vi­deo­ana­ly­se - mit Ka­me­ra und Com­pu­ter

Ein Video wird ex­tern auf­ge­nom­men.

Als Ka­me­ra soll­te man eine Ka­me­ra mit min­des­tens 120 Bil­dern pro Se­kun­de ver­wen­den, da sonst Fall­be­we­gun­gen zu schlecht auf­ge­löst wer­den.

Dies kann z.B. ein iPad, ein iPod, viele neue An­dro­id Han­dys, eine GoPro, ei­ni­ge spe­zi­el­le Po­cket-Ka­me­ras.

Als Vi­deo­ana­ly­se Pro­gram­me kann man Tra­cker, Coach oder Viana (Nur PC) ver­wen­den.

Eine schrift­li­che An­lei­tung für Tra­cker ist on­line zu fin­den: http://​sch​ulph​ysik​wiki.​de/​index.​php/​Bew​egun​gsan​alys​e_​mit_​ei­ne­m_​Vi­deo_(Tra­cker)

Al­ter­na­tiv steht ein Lehr­vi­deo für Tra­cker zur Ver­fü­gung: 05_06_nvm_vi­deo­ana­ly­se­_­tra­cker

Der Kur­ven­fit kann di­rekt in Tra­cker durch­ge­führt wer­den. Für den Ver­gleich mit der Si­mu­la­ti­on muss man auch hier die Daten als csv-Datei ex­por­tie­ren.

So­wohl der Kur­ven­fit als auch der Ex­port sind im ge­nann­ten Lehr­vi­deo er­klärt.

Stun­den 7 und 8: Fall mit Luft­wi­der­stand

Die Schü­ler ler­nen mit dem Do­ku­ment 07_08_nvm_­luft­wi­der­stand die Her­lei­tung der Luft­wi­der­stands­for­mel.

In der Prä­sen­ta­ti­on 07_08_nvm_­fal­l_­mit­_­luft­wi­der­stan­d_pra­e­sen­ta­ti­on wird her­ge­lei­tet, wie man den Fall mit Luft­wi­der­stand mo­del­lie­ren kann.

Im Do­ku­ment 07_08_nvm_­luft­wi­der­stand sind Mo­dell­bil­dungs­auf­ga­ben und Dif­fe­ren­zie­rungs­auf­ga­ben ent­hal­ten. Die Dif­fe­ren­zie­rungs­auf­ga­ben kön­nen auch an spä­te­rer Stel­le noch ein­ge­setzt wer­den.

 

Un­ter­richts­ver­lauf: Her­un­ter­la­den [odt][291 KB]

Un­ter­richts­ver­lauf: Her­un­ter­la­den [pdf][375 KB]

 

Wei­ter zu 3. Phase