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.
Kostenfreie Videoanalyseprogramme sind auf dem iPad Viana und auf dem PC Viana und PC/Mac Tracker. Unterrichtsbeispiele und Materialien werden für das iPad mit Viana, auf dem PC/Mac mit Tracker erstellt.
Kostenpflichtige Videoanalyseprogramme sind z.B. Coach (Tablet und PC/Mac) von CMA und Video Physics von Vernier (Tablet).
Die Aufzählung der kostenfreien und kostenpflichtigen Software ist sicherlich unvollständig und ändert sich vermutlich recht schnell.
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,
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://schulphysikwiki.de/index.php/Bewegungsanalyse_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]
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