digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban
Post on 26-Jan-2016
37 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
1
Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban
Készítette: Szakmány TiborPhD hallgató
SZTE-TTIK Kísérleti Fizikai Tanszék
2
Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásbanBevezetésDigitális fényképezőgép
működéseFelhasználás a fizikaoktatásbanÖsszegzés
3
Digitális eszközök az oktatásban A széles körben elterjedő modern
digitális eszközök új lehetőségeket kínálnak az órai szemléltetésben, kísérletezésben, és mérési gyakorlatokban.
4
Digitális fényképezőgép működése:CCD, MOS, pixel A digitális fényképezőgép lelke a CCD
chip, fényérzékeny cellák kétdimenziós mátrixa
Fém-oxid félvezető kondenzátor (MOS) Pixel (pixture element)
5
Ön-diffrakció
Leggyakoribb felbontások:
Leggyakoribb CCD méretek:
640 x 480 pixel 0,3 Mpixel
1024 x 768 pixel 0,9 Mpixel
1280 x 960 pixel 1,3 Mpixel
1600 x 1200 pixel 1,9 Mpixel
2048 x 1536 pixel 3,1 Mpixel
2288 x 1712 pixel 4 Mpixel
2560 x 1920 pixel 5 Mpixel
2816 x 2112 pixel 6 Mpixel
6
Digitális fényképezőgép működése:Kiolvasás, töltések léptetése A kiolvasás menete A töltések léptetése, háromfázisú órajel
7
Digitális fényképezőgép működése:A/D konverzió Analóg jel erősítése A/D konverzió Digitális jelek – kvantálás finomsága 8
bit
8
Digitális fényképezőgép működése:Színeskép Bayer színszűrő Színkeverés a 3 alapszínből 3 x 256 = 16,7 millió szín
9
Elsődleges felhasználás
Fénykép, sorozatkép, videofelvétel készítése szinte bárhol, bármikor
Képek számítógépre mentése Számítógépről vezérelt fényképezés
10
Felhasználás a fizikaoktatásban Fényképek rövid és hosszú záridővel
11
Színkeverés Színkeverés a 3 alapszínből Monitorok képe „makro” módban 3 x 256 = 16,7 millió szín
CRT TFT
12
Felhasználás a fizikaoktatásbanLeggyakoribb
felbontások:
Leggyakoribb CCD méretek:
640 x 480 pixel 0,3 Mpixel
1024 x 768 pixel 0,9 Mpixel
1280 x 960 pixel 1,3 Mpixel
1600 x 1200 pixel 1,9 Mpixel
2048 x 1536 pixel 3,1 Mpixel
2288 x 1712 pixel 4 Mpixel
2560 x 1920 pixel 5 Mpixel
2816 x 2112 pixel 6 Mpixel
A pixelek mérete 2-5µm!
13
Ön-diffrakció CCD, mint kétdimenziós rács Fényelhajlás, és reflexió Objektív összetett lencserendszer
14
Felhasználás a fizikaoktatásbanVideófelvétel
készítése: Szabadesés Vízszintes hajítás SúlytalanságVideó: Canon S5IS
Projekt:- lift
15
Felhasználás a fizikaoktatásban Videofelvétel képkockánkénti vetítése,
elmentése Windows Movie Maker-rel
16
Felhasználás a fizikaoktatásban Vidofelvétel képkockáinak lementése BS Player-rel
17
Felhasználás a fizikaoktatásban Sorozatképek, videofelvételek
képkockáinak illesztése Paint-tel
18
Felhasználás a fizikaoktatásban Rajzolás és koordináták meghatározása Paint-ben
19
Felhasználás a fizikaoktatásban Adatfeldolgozás Excel-lel
t AVI [s] t [s] h paint [px] h [px] h [m]
5,26 0 414 0 0,000
5,34 0,08 253 161 0,288
5,42 0,16 125 289 0,516
5,5 0,24 35 379 0,677
5,58 0,32 19 395 0,705
5,66 0,4 48 366 0,654
5,74 0,48 142 272 0,486
5,82 0,56 266 148 0,264
5,9 0,64 397 17 0,000
∆h/∆t Ekin Epot
3,59375 0,036162 0
2,857143 0,022857 0,015794
2,008929 0,0113 0,028351
0,357143 0,000357 0,03718
-0,64732 0,001173 0,03875
-2,09821 0,012327 0,035905
-2,76786 0,021451 0,026683
-3,30357 0,030558 0,014519
y = -6,8846x2 + 4,3693xR2 = 0,9952
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0 0,2 0,4 0,6 0,8
t [s]
h [
m]
h [m]
Polinom. (h [m])
R2 = 0,9973
R2 = 0,94850
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 0,2 0,4 0,6
t [s]
Ek
in, E
po
t [J
]
Ekin
Epot
Polinom.(Epot)Polinom.(Ekin)
20
Felhasználás a fizikaoktatásban Sebesség és gyorsulás
kvantitatív mérése
Lejtőn megtett út az idő múlásával
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
t [s]
s [
cm
]
lejtő 1 [cm] lejtő 2 [cm] lejtő 3 [cm]
Sebesség változása az idő múlásával
y = 251.64x
y = 47.501x
y = 11.005x0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
t [s]
dx
/dt
[cm
/s]
dx/dt lejtő 1 dx/dt lejtő 2 dx/dt lejtő 3
21
Felhasználás a fizikaoktatásban Rezgőmozgás és körmozgás kapcsolata
-600
-400
-200
0
200
400
600
-1 0 1 2 3 4 5 6
t [s]
x [pixel]
dx/dt [pixel/s]
Rezgés x-t, v-t függvénye
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
x [pixel]
dx/dt [pixel/s]
Rezgés jellemző mennyiségeinek változása
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
0 1 2 3 4x [pixel]
dx/dt [pixel/s]
dv/dt [pixel/s2]
22
Felhasználás a fizikaoktatásban Csillapodó rezgések burkoló görbéi
Súrlódás hatására csillapodó rezgés
0
50
100
150
200
250
0 4 8 12t [s]
A [
pix
el]
Közegellánás csillapító hatása
y = 235,54e-0,2989x
0
50
100
150
200
0 4 8 12t [s]
A [p
ixel
]
23
Felhasználás a fizikaoktatásban Mérések összevetése a Leybold taneszközgyártó CASSY rendszerével
24
Felhasználás a fizikaoktatásban Kezdés t=0, s=0, 4 képkockánként
25
Felhasználás a fizikaoktatásban Kezdés t=0, s=0, 5cm-ként
26
Felhasználás a fizikaoktatásban Kezdés t=0, s≠0, 5cm-ként
27
Felhasználás a fizikaoktatásban Kezdés t≠0, s≠0, 5cm-ként
28
Felhasználás a fizikaoktatásban Újszerű mérési gyakorlatok pl: autók sebességének mérése
29
IR-fényképezés szűrő nélkül A digitális
fényképezőgép, mobiltelefon érzékeny a közeli infravörös tartományra
30
IR-fényképezés szűrő nélkül Mi átlátszó és mi nem infravörösben?
31
IR érzékenység - szűrővel IR-szűrővel készült képek
32
IR érzékenység - szűrővel IR-szűrővel készült képek
33
Nap Gyertya Hélium Neon Fénycső Kvarclámpa Higany Takarékos izzó LED – piros LED – kék
Doboz-spektroszkóp
34
„Digitális fényképezőgép fizikája” Camera obscura Kondenzátor, elektromos potenciál, potenciál
gát Félvezetők, vezetők tulajdonságai, töltések
mozgása Fényelektromos hatás, kilépési munka Hőmozgás, sötétáram, elektromos zajok Elektromágneses spektrum, UV-fény, IR-fény Színek, színek keverése alapszínekből Érzékszervek érzékenysége, logaritmikus
érzékenység, linearitás Kvantált mennyiség, diszkrét érték Analóg áramkör, digitális áramkör
35
Összegzés Korlátai: - mozgások esetén leolvasásból és
torzításból eredő 3-7%-os mérési hibák
- túl lassú, túl gyors mozgások - időigény sok mérési pont esetén
- típusfüggő beállítási lehetőségek Előnyei: - széleskörű alkalmazhatóság
- nem igényel pénzráfordítást - újszerű gyakorlatok - számítógépen elmenthető, bármikor
könnyedén újra felhasználható adatok
- motiváló hatás
top related