Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
В помощь читателю
Миллисекунды
Миллисекунды в нашей жизни
Фото вместо видео
Мерцающие огоньки
Скрытые возможности невооруженного взгляда
Микросекунды
Наносекунды
Пикосекунды
Фемтосекунды
Аттосекунды
Зептосекунды
Йоктосекунды
От секунды до года
Астрономические времена
Сонолюминесценция
Фолдинг белков
Возбужденные атомы
Ядерные распады
Элементарные частицы
Движение континентов
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram





Главная / Масштабы: времена / Миллисекунды / Фото вместо видео

Миллисекунды: 2. Фото вместо видео

Скорость можно измерять по одной-единственной фотографии с известной выдержкой

Скорость можно измерять по одной-единственной фотографии с известной выдержкой. Изображение с сайта thesmokingtire.com

Даже если вы заметили, что какой-то быстрый процесс реально длится, по-настоящему измерить его длительность не так-то просто. Конечно, если у вас есть скоростная видеокамера, выдающая тысячу кадров в секунду, то никаких проблем нет — достаточно лишь снять явление, а потом изучить изображение кадр за кадром. Однако кое-что можно сделать и без таких навороченных устройств, а порой бывает достаточно и невооруженного, но натренированного взгляда.

Мы начнем рассказ с одного простого, но важного наблюдения:

для того, чтобы измерить длительность механического движения, вовсе не требуется снимать процесс на видео!

Для этого обычно достаточно одного фотоснимка, сделанного неподвижной фотокамерой с короткой, но известной выдержкой. Современные недорогие фотокамеры позволяют выставлять (или выставляют сами) выдержку вплоть до 1 миллисекунды и даже меньше, что полностью покрывает все наши исследовательские нужды в миллисекундном диапазоне. Метод измерения прост. Если выдержка слишком большая, движение на фотографии смазывается. При уменьшении выдержки смазывание тоже будет уменьшаться: снимок становится резче. Если вы знаете выдержку снимка и если вы можете измерить реальную длину смазанного участка, то вы найдете скорость и прочие характеристики движения.

Вот вам пример. Представьте себе, что вы стоите у финишной черты автомобильной гонки (инстинктом самосохранения в этом примере пренебрежем) и видите, что две машины летят к финишу корпус в корпус, лишь одна из них чуть-чуть опережает на финише другую. Вы хотите найти разницу во времени между этими двумя машинами. Конечно, вы могли бы просто послушать сводку результатов, но в вас проснулась исследовательская жилка — вы хотите самостоятельно измерить эту разницу и проверить чужие сообщения.

Будем считать, что вы знакомы с габаритами автомобилей и их деталей, так что сможете по фотографии определить все расстояния. Вам остается только запечатлеть пространственное (не временное!) опережение одной машины, а также измерить их скорость. И для этого вам достаточно сделать один-единственный снимок с хорошим качеством и с короткой выдержкой. Он, кстати, не обязательно должен быть сделан строго в момент финиша, снимок в непосредственной близости от финишной черты тоже подойдет.

Предположим, вы выставили на фотоаппарате выдержку t = 1/250 секунды (т. е. 4 миллисекунды) и получили картинку, показанную на рисунке. Зная параметры машин, вы оцениваете расстояние, на которое одна машина опережает другую, в Δx = 90 см. Изображение машин слегка смазано, и эту пространственную размазку вы оцениваете в d = 24 см. По формуле равномерного движения d = u·t вы находите скорость машины: u = 60 м/с = 216 км/ч, а затем и опережение по времени:

Δt  =  Δx = 15 мс.
u

Итак, одна машина опередила другую на 15 миллисекунд, т. е. на полторы сотых секунды. И самое ценное здесь то, что вы это сделали сами и с приличной точностью.

Назад: Миллисекунды в нашей жизни  |  Далее: Мерцающие огоньки

 

Комментировать
 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия