Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban

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





2288 x 1712 pixel 4 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:









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

Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban

Documents

Transcript of Digitális fényképezőgép a fizikaoktatásban