Videoanalyse von Fallbewegungen mit NewtonDV

Heutige Apps erlauben eine Videoanalyse out-of-the-box: Alle Schritte von der Aufnahme des Videos bis zur Auswertung geschehen mit einem einzigen Gerät. Die Apps sind so einfach gestaltet, dass sie sich intuitiv bedienen lassen. Um mit der App NewtonDV etwa einen schiefen Wurf einer Kugel zu analysieren, muss dieser zunächst gefilmt werden. NewtonDV erlaubt es, Videos aus dem Fotoalbum zu importieren oder sie direkt aus der App heraus aufzunehmen.

Importiert man ein fertiges Video über das Fotoalbum in NewtonDV, muss dort zunächst ein Name für das neue Analyseprojekt vergeben werden. In jedem Frame markiert man dann mit dem Finger die aktuelle Position der Kugel. Außerdem muss ein Koordinatensystem für die Auswertung festgelegt werden, indem man den Bildmaßstab einstellt und den Koordinatenursprung an den gewünschten Ort verschiebt. Drehungen des Achsenkreuzes sind dagegen nicht möglich, der Zeitnullpunkt kann aber bei Bedarf neu bestimmt werden.

Ist das geschehen, kann man direkt Diagramme (Ort-Zeit, Geschwindigkeit-Zeit, Beschleunigung-Zeit, x-y, Ort-Geschwindigkeit) oder Stroboskop- und Streifenbilder ausgeben. Das Stroboskopbild eignet sich gut, die Bahnkurve sichtbar zu machen. Streifenbilder eignen sich, um die gleichmäßige Seitwärtsbewegung oder den parabelförmigen Verlauf des y-t-Diagramms (Abbildung 1) zu illustrieren. Wenn man möchte, kann man Geschwindigkeits- und Beschleunigungspfeile ins Stroboskopbild einblenden.

In Diagramme kann man schnell und unkompliziert Ausgleichskurven für die weitere Interpretation einfügen. Möglich sind dabei Geraden, Parabeln, Sinus-Kurven und gedämpfte Sinus-Kurven, deren Parameter jeweils mit Schiebereglern festgelegt werden. Die Kurven werden als Overlay in Echtzeit in die Diagramme eingezeichnet, so dass man direkt erkennen kann, welche Auswirkungen die Veränderungen der Kurvenparameter haben. Ein quantitatives Maß für die Qualität der Übereinstimmung mit den Messwerten erhält man zwar nicht, kann aber mit diesem Tool schnell den Parameterbereich eingrenzen, für den die Messwerte durch die jeweilige Funktionsvorschrift gut wiedergegeben werden. Für das Beispiel des schiefen Wurfs kann man sich auf diese Weise davon überzeugen, dass die Datenpunkte im y-t-Diagramm auf einer Parabel liegen, deren Öffnungsfaktor mit dem theoretisch zu erwartenden Wert von g/2 gut übereinstimmt.

Christian Hengel, Thomas Wilhelm, Uni Frankfurt, Jochen Kuhn, TU Kaiserslautern

Dies ist die gekürzte Fassung eines Beitrags aus der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit, der weitere Bilder und Beispiele enthält.

Originalveröffentlichung

C. Hengel, T. Wilhelm, J. Kuhn, Videoanalyse von Fallbewegungen mit NewtonDV , Phys. Unserer Zeit 51(5), 252 (2020); https://doi.org/10.1002/piuz.202070512