Natuurkunde practicum, HAG 3, Snelheid - Vaklokalen

Natuurkunde practicum, HAG 3, Snelheid
Versie 23/03/2012 Osl
Algemene opmerking
Dit practicum wordt zelfstandig in tweetallen uitgevoerd in het Beta-lab. Jullie zullen zelf in
het Beta-lab moeten inschrijven voor het practicum. Het practicum wordt buiten de rooster
uren gedaan. Tijdens het practicum zal er een TOA aanwezig zijn welke kan assisteren. In het
Beta-lab is het dragen van een witte labjas verplicht.
LEES de opdrachten eerst goed door voordat je begint (… met vragen stellen!)
Na het practicum kunnen jullie thuis de werkbladen uitwerken. Zorg voor duidelijke
berekeningen. Dit practicum telt mee voor een cijfer en net werken wordt beloond!
Benodigdheden
Opdracht 1
Karretje, helling, ticker-timer, ticker-lint, plakband, een handdoek en de Excel-sheet.
Opdracht 2
Computer met Coach 6, video van een schaatser.
Opdracht 1 Bepalen van de snelheid en versnelling
Bij deze opdracht gaan jullie de snelheid en versnelling bepalen van een karretje dat van een
helling afrijd. Met behulp van een ticker-timer word de meting gedaan. Een ticker-timer is een
apparaat dat met een frequentie van 50Hz een puntje plaatst op een papieren lint. Dit lint
bevestig je aan een voorwerp dat beweegt (in dit geval dus het karretje). Je krijgt dan het
volgende te zien.
De afstand tussen de puntje neem toe, omdat de snelheid van het karretje toe neemt. Echter de
tijdstap tussen ieder punt blijft constant 1/50s. Nu kan je dus de snelheid bepalen van het
karretje voor iedere tijdstap. Omdat je heel nauwkeurig (50x per seconde) de snelheid kan
bepalen kan je ook de versnelling bepalen. De versnelling is niets anders dan de
snelheidsverandering per tijdstap.
Uitvoering
Scheur van de rol ticker-lint een stuk papier af van + - 1,5x de lengte van de helling. Haal dit
lint door de ticker-timer heen en bevestig het met een stukje plakband aan het karretje,
bovenaan de helling. Leg onderaan de helling een handdoek neer zodat het karretje daarin tot
stilstand kan komen. Vervolgens doe je kort na elkaar de voeding van de ticker-timer
aanschakelen en het karretje loslaten. Als het karretje onderaan de helling is zet je de voeding
weer uit en verwijder je het ticket-lint. Dit lint neem je mee naar huis voor het uitwerken van
de proef.

Uitwerking
Voor het uitwerken van de proef MOET je gebruik maken van een reeds vooringevulde
Excel-sheet welke je kan downloaden vanaf de website van de school (leerlingen portaal
vaklokalen natuurkunde HAG3). In deze sheet moet je de geel gekleurde velden
invullen. Vervolgens print je de sheet uit en dit is dan je verslag van opdracht 1.
Opdracht 2 Videometen
Wederom gaan jullie de
snelheid en versnelling
bepalen van een voorwerp.
Echter nu word het een
experiment binnen Coach 6.
Jullie hebben kort geleden al
klassikaal een introductie
gehad in Videometen. Toen
hebben jullie de start van een
sprinter geanalyseerd. Nu
gaan jullie de start van een
schaatser analyseren.
Uitvoering (korte uitleg)
Log in op een computer in het Beta-lab m.b.v. je inlogcode van het leerlingen portaal. Van de
website van de school download je het filmpje Schaatser_versneld.avi. Vervolgens open je
het programma Coach 6 Videometen. In Coach 6 open je de Introductie Videometen en
vervolgens Zelf een video opnemen. In het linker veld click je nu op de rechtermuisknop om
de video van de schaatser te openen. Vervolgens verander je de schaal zoals op bovenstaande
afbeelding. Vervolgens start je de meting en plaats je bij elke plaatje je meetpunt.
Uitvoering (uitgebreid)
Zie bijlage A onderaan dit document.
Uitwerking
Van de start van de schaatser moet je drie grafieken in één maken. De positie van de schaatser
tegen de tijd, de snelheid van de schaatser tegen de tijd en de versnelling tegen de tijd. Ook
moet je de volgende vragen beantwoorden:
1. Waar plaats je jouw meetpunt en waarom juist daar
2. Wat is de afgelegde afstand van de schaatser
3. Wat is de maximale snelheid van de schaatser
4. Wat is de gemiddelde snelheid van de schaatser
5. Wat is de maximale versnelling van de schaatser
Met behulp van de bovenstaande vijf vragen + de grafiek maak je een verslag van opdracht 2.
Dit lever je vervolgens samen met het printje van opdracht 1 in. Dit is je totale verslaglegging.

Bijlage A
In dit practicum analyseer je de beweging van een schaatser tijdens het begin van de
wedstrijd. Je vergaart meetgegevens van de positie van de schaatser en de tijd. Uit de
gegevens kun je afleiden hoe de snelheid en versnelling van de schaatser in die tijd
veranderen.
In deze beschrijving is stap-voor-stap beschreven hoe je een handmatige videometing kunt
doen. De aanwijzingen zijn opgedeeld in de volgende secties:
A. Openen van het programma
B. Een video openen en afspelen
C. IJking
D. Videopunten en selectie van beeldjes
E. De gegevens vergaren en tonen
F. Analyse
A. Openen van het programma
1. Van de website van de school download je het filmpje Schaatser_versneld.avi. Sla dit
vervolgens op, op de E-schijf NIET de C-schijf!
2. Kies de start knop links onder en kies CMA Coach 6 Videometen
3. In Coach6 click je vervolgens op openen bureaublad E-schijf CMA Coach
Projects Videometen Introductie videometen 5. Zelf een video openemen.
4. In het linkerveld klik je nu op de rechtermuisknop om de video van de schaatser te
openen.
B. Een video afspelen
1. Het eerste beeldje van de videoclip verschijnt in het Videomeetvenster. Onderin dit
venster vind je de videobalk. Hierop staan bedieningsknoppen en de beeldjesbalk.
2. De videoclip toont de start van een schaatser.
3. Speel de videoclip af door te drukken op de knop Afspelen op de videobalk.
4. Met de beeldjesbalk kun je door de beeldjes van de video lopen. Klik op een beeldje in de
balk (één van de verticale streepjes) of gebruik de pijltjestoetsen. Het geselecteerde
beeldje is zichtbaar.
5. Aan de rechterkant van de videobalk vind je de Zoom-knop (het loepje) waarmee je kunt
inzoomen op een interessant gedeelte van de beeldjes. Maak eerst een selectie: klik op het
eerste interessante beeldje, en +klik het laatste beeldje. Je ziet een gestippeld
kader rond de geselecteerde beeldjes verschijnen. Klik nu op de Zoom-knop.
C. Positie-ijking
Om een zinvolle meting te kunnen uitvoeren moet de video juist geschaald worden: je moet
aangeven hoe groot een afstand op het scherm in werkelijkheid is. Om dit te kunnen doen is
vaak een meetlat meegefilmd. In de figuur zie je dat je voor de ijking de afstand tussen twee
palen kunt gebruiken. Deze afstand is 8 meter. Ook moet je aangeven wat het assenstelsel is.

1. Rechtsklik het Videomeetvenster en
kies de optie Schaal aanpassen...
2. Omdat de verticale en horizontale
meterlatten op het videobeeld even
8m
lang zijn, kies je Dezelfde schaal in
alle richtingen.
3. De ijklat (standaard roodgekleurd) en
het assenstelsel (standaard
geelgekleurd) verschijnen in beeld.
4. Verplaats de uiteinden van de ijklat tot
ze precies samenvallen met de palen op
het scherm. (Maximaliseer eventueel
het Videomeetvenster).
5. Vul voor de Schaallengte in: 8 m.
6. Plaats het assenstelsel door de oorsprong te verslepen naar het beginpunt van de sprinter
(sleep het kleine cirkeltje).
(Het assenstelsel kan ook gedraaid worden door de kleine gele stip naast de oorsprong te
slepen).
7. Klik OK als je klaar bent.
D. Tijd-ijking
Met deze optie stel je in hoe snel de video is opgenomen, en welk beeldje overeenkomt met
t=0.
1. Selecteer de optie Tijd-ijking...uit het videogereedschapmenu.
2. Deze videoclip werd opgenomen met 15 beeldjes per seconde. Deze informatie
wordt gebruikt om het rangnummer van het beeldje te koppelen aan een tijdstip t (in
seconde), zodra is vastgelegd bij welk beeldje de tijd gelijk is aan nul. Kies de optie
t=0 bij eerstgekozen beeldje.
3. Klik op OK als je klaar bent.
Instellingen van het assenstelsel
1. Selecteer nu de optie Assenstelsel... uit het Videogereedschapmenu
2. Omdat de camera niet bewoog tijdens de opname kun je kiezen voor Gelijk voor alle
beeldjes.
3. Klik OK als je klaar bent.
De ijking is nu voltooid.
Videopunten
Videopunten zijn de meetpunten die tijdens de videometing worden verzameld.
1. Kies de optie Videopunten uit het gereedschapmenu.
2. Je gaat op ieder beeldje 1 punt meten, dus stel in 1 videopunt per beeldje.
3. Ga naar de sectie Markering en kleuren en kies je favoriete kleur en markering voor het
videopunt (een witte cirkel werkt hier goed).

Selectie van beeldjes
Gewoonlijk wordt een handmatige videometing gedaan op een aantal geselecteerde beeldjes
(het wordt al gauw teveel werk). Je kunt op verschillende manieren beeldjes selecteren voor
de meting:
1. Kies de optie Beeldjes selecteren... in het videomeetmenu.
2. Er zijn vier methodes om beeldjes te selecteren. Voor dit voorbeeld neem je
Gelijkverdeeld 30 beeldjes tussen 1 en 44. Dat betekent ongeveer elk 2 de /3 de beeldje,
Uiteraard mag je ook elk beeldje selecteren dit kost je wat meer tijd maar verhoogd de
nauwkeurigheid van je meting.
3. De geselecteerde beeldjes worden met een zwart streepje weergegeven op de beeldjesbalk
de andere beeldjes worden grijs.
E. Gegevens vergaren
1. Start de meting door een druk op de groene Startknop op de werkbalk bovenin.
2. Coach toont automatisch het eerstgekozen beeldje.
3. Zoek met de cursor (in de vorm van een zoeker) naar het videopunt op het videobeeld
(bijv. de heup van de schaatser).
Tip: Als je een duidelijker beeld wil, kun je het Videomeetvenster maximaliseren.
4. Klik om het eerste videopunt op te slaan.
5. De videoclip springt automatisch naar het volgende beeldje. Klik het volgende punt.
6. Ga hiermee door totdat het laatste beeldje is gedaan. (De rode Stopknop springt dan weer
op groen).
De gegevens tonen
1. Om de gegevens in grafische vorm te tonen, open het gereedschapmenu van het
Videomeetvenster en kies Diagram tonen en klik in het lege venster links onder.
2. In dit diagram staan de x- (Px) en y-coördinaten (Py) van de meetpunten uitgezet tegen
de tijd.
Dit kun je ook al voorafgaand aan de meting doen. Het voordeel daarvan is dat de
gegevens op het scherm verschijnen tijdens de meting.
3. Wil je de gegevens in een tabel zien, kies dan Tabel tonen uit het
gereedschappenmenu en klik in het venster links onder.
4. Eén van de mooiste aspecten van videometen is de mogelijkheid om de videoclip terug te
spelen terwijl de grafieken ontstaan. Klik op het knop Terugspelen (rechts van de groene
startknop). Vul een geschikte terugspeeltijd in of sleep de schuif naar een geschikte
snelheid en druk op OK.
Correctie van meetpunten
Als je niet tevreden bent met sommige meetpunten, selecteer dan het bijbehorende beeldje.
Het videopunt kan dan verschoven worden. Het punt in het diagram wordt tegelijkertijd
bijgewerkt. Met kun je het meetpunt geheel wissen.
Je kunt ook nog extra meetpunten toevoegen nadat de meting is afgelopen:
1. Selecteer extra beeldjes door een ongeselecteerd (grijs) beeldje aan te klikken in de
beeldjesbalk en op te drukken. Het geselecteerde beeldje wordt nu zwart. (Je kunt
beeldjes de-selecteren met ).
2. Klik op de groene knop. Coach toont automatisch het geselecteerde beeldje. Klik op het
nieuwe videopunt.
3. Doe hetzelfde voor andere later toegevoegde beeldjes.

F. Analyse.
1. In het diagram zie je P1X en P1Y tegen de tijd. Voor analyse van de beweging van de
sprinter is de x-coördinaat (P1X) van belang. (De verticale coördinaat P1Y verandert
vrijwel niet tijdens de beweging).
2. Maak de grafiek van P1X tegen de tijd (s-t diagram).
3. Maak een snelheid, tijd-diagram (v-t diagram). Click op de rechtermuisknop in het
diagram kies Analyse/Verwerking>afgeleide. In het venster wat nu geopend word kies je
de eerste afgeleide en als methode kies je glad. (de snelheid is de 1 e afgeleide van de
positie!).
4. Tot slot wil je een diagram van de versnelling tegen de tijd maken (a-t diagram). Click op
de rechtermuisknop in het diagram kies Analyse/Verwerking>afgeleide. In het venster
wat nu geopend word kies je de tweede afgeleide en als methode kies je glad. (de
versnelling (a) is de 1 e afgeleide van de snelheid (v) en de 2 de afgeleide van de positie
(s)).
5. Sla vervolgens de diagram en de tabel op. Deze heb je nodig voor de verwerking. Sla al je
gegeven tijdelijk op, op de E-schijf en e-mail vervolgens de gegevens naar jezelf!