Objeto em movimento de velocidade média

Você pode calcular a velocidade média usando a equação: tempo de distância de velocidade. As câmeras de velocidade média são usadas para descobrir se um motorista está dirigindo com muita rapidez. Um gráfico de tempo de distância mostra como a distância de um objeto muda ao longo do tempo e sua velocidade. Velocidade média A velocidade de um objeto diz-lhe quão rápido ou lento está se movendo. Você pode encontrar a velocidade média de um objeto se você souber: A distância percorrida O tempo necessário para percorrer essa distância Você pode calcular a velocidade média usando a equação: Tempo de distância de velocidade Os gráficos de distância-tempo representam como um objeto se move. Eles mostram como a distância movida de um ponto de partida muda ao longo do tempo. Calculando a velocidade média Esta equação mostra a relação entre velocidade média, distância e tempo: tempo médio de distância de velocidade Por exemplo, qual é a velocidade média de um corredor que cobre 100 m em 10 s Velocidade média 100 10 10 ms Em ciência, a velocidade média é Geralmente dado em metros por segundo, ms. Se você receber a distância em km, multiplique-a por 1000 para obter a distância em m. Por exemplo, um carro cobre 2 km em 100 s. Qual é a sua velocidade média 2 km 2 1000 2000 m Velocidade média 2000 100 20 ms Verifique a sua compreensão sobre este tópico ao ter uma vantagem nesta atividade: Seu navegador web não tem o JavaScript ativado no momento. Para obter informações sobre como habilitar o JavaScript, vá para o site da Webwise. Você não poderá ver esse conteúdo até que você tenha ativado o JavaScript. Câmeras de velocidade média As câmeras de velocidade são usadas para descobrir se um motorista está acelerando. A câmera leva duas fotografias do veículo. Estes podem ser: Um certo intervalo de tempo, de modo que a distância percorrida nesse tempo possa ser elaborada. Uma certa distância, de modo que o tempo necessário para viajar de uma marca de estrada para a próxima pode ser trabalhado. Velocidade média calculável: Fórmula Prática Problemas Nesta lição, você aprenderá a calcular a velocidade média de um objeto. Diagramas, gráficos e exemplos irão ajudá-lo a entender esse conceito e seu método de cálculo. Qual é a Velocidade média Você e seu amigo decidiram tirar o seu novo carro esportivo vermelho para dar uma volta. Seu carro é capaz de velocidades até 220 mph. Você dirigiu 45 milhas em 1,25 horas. No final da sua viagem, seu amigo diz que sua velocidade média durante a viagem é de 36 milhas por hora. Você ficou horrorizado. Você se perguntou: como um carro esportivo tem uma velocidade média tão lamentável e tentou lembrar o quanto você pagou por isso. O que é velocidade média de qualquer maneira A velocidade média de um objeto é a distância total percorrida pelo objeto dividido pelo tempo decorrido para cobrir essa distância. É uma quantidade escalar, o que significa que é definido apenas pela magnitude. Um conceito relacionado, a velocidade média, é uma quantidade vetorial. Uma quantidade de vetor é definida pela magnitude e direção. Por exemplo, podemos dizer que um carro tem uma velocidade média de 25 milhas por hora. Sua velocidade média pode ser de 25 milhas por hora para o leste. A velocidade média pode ser vista como a taxa de mudança na distância em relação ao tempo. Um carro que viaja a uma velocidade média de 25 milhas por hora cobre uma distância média de 25 milhas por hora. Calculando Velocidade Média Se um objeto viaja com velocidade constante, então a fórmula para a velocidade do objeto é dada por, A distância total é a distância percorrida pelo objeto na velocidade constante. O tempo decorrido é o tempo que o objeto levou para cobrir a distância total. Na maioria dos casos, um objeto viajará com velocidades variadas em uma determinada distância. Por exemplo, um carro que viaja de uma cidade para outra raramente se move a uma velocidade constante. É mais provável que a velocidade dos carros flutue durante a viagem. O carro pode viajar a 65 mph por algum tempo e, em seguida, desacelerar até 25 mph. É possível que, em certos momentos, o automóvel esteja mesmo em plena parada (como, a uma luz vermelha). Para calcular a velocidade média dos carros, não nos importamos com as flutuações em sua velocidade. Só nos preocupamos com a distância total percorrida pelo carro e o tempo decorrido para cobrir essa distância. A fórmula para velocidade média é importante ressaltar que esta fórmula é idêntica à da velocidade constante. A velocidade média é medida em unidades de distância por tempo. As unidades comuns incluem milhas por hora (mph), quilômetros por hora (km / h), metros por segundo (ms) ou pés por segundo (fts). Quanto ao seu novo carro esportivo vermelho, seu amigo estava exatamente certo no cálculo da velocidade média. Ele usou a distância percorrida pelo carro (45 milhas) dividida pelo tempo decorrido (1,25 horas). A construção na rodovia e a série de luzes vermelhas nas estradas locais realmente diminuíram você. O alto tempo decorrido resultou em baixa velocidade média. Vamos ver alguns outros exemplos de velocidade média: 1. Suponha que um trem de carga percorra uma distância de 120 milhas em 3 horas. Qual é a velocidade média do comboio. Sua velocidade média é Earnning College Credit Você conheceu o booknet. Temos mais de 79 cursos universitários que o preparam para ganhar crédito por exame aceito por mais de 2.000 colégios e universidades. Você pode testar os dois primeiros anos de faculdade e salvar milhares do seu diploma. 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O objetivo desta experiência é calibrar uma luz estroboscópica de freqüência variável e depois usá-la para medir a velocidade de uma bola de ping pong (ou algum outro objeto em movimento). Introdução Como você congela o movimento com sua câmera A primeira resposta que provavelmente vem à mente é usar uma velocidade de obturação rápida. Se o sensor da câmera (ou filme) estiver exposto apenas à luz por um tempo muito curto, o objeto em movimento pode aparecer imóvel. Depende de quão rápido a imagem projetada pela lente está em movimento e quanto tempo o obturador está aberto. Que tipos de movimento você pode congelar com a velocidade do obturador sozinho. Podemos fazer alguns cálculos para ver. Imaginemos que iriam tirar uma foto de um avião em papel. O avião voará paralelamente ao plano do filme das câmeras. Para este experimento de pensamento, estaremos fazendo vários pressupostos. Bem, use números que facilitem a geração de uma regra geral para o borrão de movimento. Vamos assumir que o avião está em movimento a uma velocidade de 1 ms. Além disso, suponha que nós colocamos a câmera para que o campo de visão capture exatamente 1 m do caminho de vôo dos aviões. Finalmente, presuma que utilizavam uma câmera de filme de 35 mm, com uma velocidade de obturador de 11000 s. Até que ponto o avião desloca-se enquanto o obturador estiver aberto 1 ms vezes11000 s 11000 m 1 mm Quão longe a imagem do avião viaja na película Para este cálculo, configuramos uma proporção entre a extensão horizontal do campo de visão e A imagem no filme. O quadro completo de um típico negativo de 35 mm é, na verdade, um pouco mais de 35 mm de diâmetro, algo parecido com 37 mm. Então, para encontrar a distância, x, que a imagem do avião se move no filme, podemos escrever: 1 mm1000 mm x37 mm 0,037 mm. A imagem moverá 11000 da extensão horizontal do quadro. Vamos notar isso em uma impressão. Isso é mais difícil de dizer com precisão (leia as informações sobre Compreensão da Resolução e Compreensão da Nitidez (Reichmann, 2006). O olho humano sem ajuda pode resolver 4 linhas por mm (lpm) com um alvo de alto contraste (Harris, 1991). Para uma impressão de tamanho instantâneo (4x6), 11000 da moldura correspondem a: 6 in1000 times25.4 mmin 0.15 mm Tomando o recíproco, temos 6.6 lpm, que está acima do limite. No entanto, a nitidez de A imagem depende não apenas da resolução, mas também da percepção das transições de borda na imagem. Portanto, isso seria um caso limite. Se aumentar o tamanho da imagem para uma impressão 8x10, estaremos no limite de 4 lpm e definitivamente Espero poder notar um ligeiro desfocagem devido ao movimento do avião. Com base nos cálculos do back-of-the-envelope, concluímos que a velocidade do obturador sozinha pode nos fornecer imagens instantâneas de objetos de objetos a velocidades correspondentes a 11000 da horizontal Extensão da imagem. Impressões maiores, a velocidade deve ser ainda mais lenta. Há algo que possamos fazer para que os objetos se movam mais rápido. Outra abordagem é usar um breve e brilhante flash para capturar o movimento. Com a abertura da lente parada, a maior parte da luz coletada durante o tempo de abertura do obturador será refletida na luz do flash brilhante. Agora, a nitidez será determinada pela duração do flash. Existem muitas possibilidades interessantes para este projeto. Uma dessas possibilidades é usar uma luz estroboscópica repetitiva (com freqüência ajustável) para tirar uma série rápida de imagens de um objeto em movimento durante a mesma exposição. Dependendo da quantidade de luz ambiente e de quão reflexivo é o seu objeto em movimento, você pode ver uma imagem fantasma borrada do objeto entre os flashes (menos luz ambiente, o dimmer a imagem fantasma). Mas a parte da imagem gravada durante o flash brilhante geralmente pode ser distinguida do fundo. Se você conhece a frequência (ou seja, a taxa de repetição) da sua luz estroboscópica, você pode tomar medidas de suas fotos para analisar o movimento de um objeto. Como a velocidade de rotação de um ventilador de janela típico (geralmente na faixa de 3008211900 RPM ou 5821115 Hz) é semelhante à das luzes estroboscópicas baratas (freqüência máxima geralmente na faixa de 10821120 Hz), você pode calibrar a luz estroboscópica com uma Ventilador girando a uma velocidade conhecida. Quando a luz estroboscópica é sincronizada com o ventilador, a lâmina será iluminada na mesma posição durante cada revolução. Como a iluminação brilhante se repete quando a lâmina do ventilador está na mesma posição, a lâmina parece estar congelada. Pense no que aconteceria se a luz estroboscópica piscasse exatamente para o dobro da freqüência do ventilador. Onde você esperaria ver a lâmina do ventilador, isso é certo, você a veria duas vezes durante cada revolução, separada 180deg. E se a luz estroboscópica piscasse exatamente quatro vezes a freqüência da rotação dos ventiladores, a lâmina seria iluminada a cada 90 gramas. O que aconteceria se o estroboscópio piscasse mais lentamente do que a velocidade do ventilador É possível ajustar o estroboscópio para que ilumine a lâmina do ventilador cada uma e meia voltas Ao tirar proveito de padrões como esses, você pode fazer várias calibrações estroboscópicas com um único velocidade do ventilador. Termos e conceitos Para fazer este projeto, você deve fazer pesquisas que lhe permitam entender os seguintes termos e conceitos: lâmpada de flash xenon, freqüência, período, ciclos por segundo (Hz), revoluções por minuto (RPM). Perguntas Se um ventilador roda a 500 rpm, quantas vezes gira por segundo. Se um ventilador gira a 300 rpm, qual é o seu período, em segundos. Se uma luz estroboscópica ajustável pode piscar em freqüências de 1 a 10 Hz, com qual faixa Das velocidades do ventilador (em rpm) poderia sincronizar Se a luz estroboscópica estiver exatamente sincronizada com o ventilador, a lâmina será iluminada no mesmo ponto em seu ciclo de rotação e não aparecerá para se mover. Qual será o movimento aparente da lâmina do ventilador se a luz estroboscópica for ajustada para uma freqüência ligeiramente maior do que o motor do ventilador. Para uma freqüência ligeiramente menor Como a freqüência estroboscópica deve ser ajustada para iluminar o ventilador a cada meia volta Cada três Turno de cada quarta e quarenta vezes Bibliografia Wikipedia contribuidores, 2006. Lâmpada flash Xenon, Wikipedia, a enciclopédia livre acessada em 6 de fevereiro de 2006: en. wikipedia. orgwindex. phptitleXenonflashlampampoldid36114130. Harris, R. 1991. Resolução de compreensão: Parte I: Lentes, filmes e papel, Darkroom amp Creative Camera Techniques. MarApr 1991. Disponível em linha em: luminous-landscapepdfUR1.pdf. Reichmann, M. 2006. Compreendendo a Resolução, a Paisagem Luminosa acessada em 6 de fevereiro de 2006 luminoso-landscapetutorialsunderstanding-seriesundresolution. shtml. Reichmann, M. 2006. Compreendendo a Nitidez, A Paisagem Luminosa acessada em 6 de fevereiro de 2006 luminous-landscapetutorialssharpness. shtml. Reichmann, M. 2006. Mais sobre a resolução de compreensão, a paisagem luminosa acessada em 6 de fevereiro de 2006 luminous-landscapetutorialsmore-ures. shtml. Materiais e equipamentos Para fazer esta experiência, você precisará dos seguintes materiais e equipamentos: luz estroboscópica com ajuste de freqüência variável (comumente disponível com ajuste de 0821110 Hz ou 0821120 Hz), ventilador com velocidade (s) conhecida (s) (RPM), transportador, régua, Fita adesiva, caneta de marcação, câmera com velocidades de obturação ajustáveis ​​e aberturas da lente, tripé para câmera, liberação de cabo ou controle remoto para câmera, posição de montagem estável para luz estroboscópica, câmera próxima, mesa de ping pong, pás e bola, com espaço ao lado da câmera Tripé, um ou mais ajudantes para bater na bola enquanto trabalha na câmera e no estroboscópio (ou vice-versa). Procedimento Experimental Calibrando a Freqüência de Estroboscópio Faça sua pesquisa de fundo e certifique-se de que compreende os termos, conceitos e perguntas acima. Com a permissão de seus pais, faça uma marca pequena, mas facilmente visível, perto do final de uma das lâminas do ventilador para que você possa distingui-la das outras. Por exemplo, você pode usar um marcador de cor escura em uma lâmina de cor clara ou anexar um pequeno pedaço de papel com um padrão de alto contraste em uma lâmina de cor escura. (Observe que será melhor fazer suas observações do lado de admissão do ventilador, então você não tem um grande vento soprando no seu rosto. Também será mais fácil se você configurar as coisas para que o fundo contraste bem com a Lâminas de ventilador.) Usando um transportador, uma régua e fita para rotular, marque ângulos em incrementos de 30 ° em torno da circunferência da ventoinha. Para cada uma das velocidades do ventilador, calcule as freqüências do estroboscópio que iluminarão a lâmina marcada cada um e quarto e cada uma e uma vez gira. Se o seu estroboscópio for rápido o suficiente, você também poderá ajustá-lo para iluminar a lâmina do ventilador a cada três quartos. Se o ajuste de freqüência da luz estelar não tiver um indicador de discagem, corte um círculo de papel do tamanho apropriado para fazer um. Use o seguinte procedimento para calibrar o disco. Ligue o ventilador para a velocidade mais baixa. Ligue a luz estroboscópica e ajuste a frequência até a luz congelar o movimento da lâmina marcada. A velocidade do motor do ventilador pode variar ligeiramente ao longo do tempo. Você deseja ajustar o estroboscópio de modo que a lâmina marcada apareça o mais imóvel possível. Marque a posição no indicador. Esta frequência (em flashes por minuto ou fpm) corresponde à velocidade do motor do ventilador (em rpm). Uma vez que será mais natural calcular velocidades em termos de metros (ou pés) por segundo, provavelmente você deseja converter os números do seu seletor estroboscópico para flashes por segundo (Hz), em vez de fpm. Como a lâmina do ventilador marcada parece se mover se você ajustar a freqüência do estroboscópio ligeiramente maior Ligeiramente mais baixo Experimente e veja. Se o seu ventilador tiver várias velocidades, repita o procedimento para cada velocidade. Marque os novos pontos de sincronização no mostrador. É sempre uma boa idéia para verificar novamente, então volte novamente pela velocidade do ventilador e volte a verificar suas marcas de calibração no seletor estroboscópico. Fotografia de Strobe Ping Pong e Medição de Velocidade Para obter melhores resultados, faça um fundo de cor escura ao lado da mesa de ping pong com pano suspenso. É uma boa idéia marcar o pano com uma escala de distância (por exemplo, usando etiquetas de fita) para referência. Lembre-se de que você também precisa de uma escala de distância no plano da bola de ping pong (por exemplo, no centro da mesa). Você pode tirar uma foto separada de uma escala de referência realizada no plano da bola. Você pode então usar proporções para calcular um fator de conversão da escala de fundo para a escala do plano da bola. Enquanto você não mover a câmera, e você mantém a bola no centro da mesa, você saberá como calcular a distância, convertendo-se da sua escala no pano de fundo. Coloque a câmera no tripé no lado oposto da mesa a partir do fundo, a uma distância que permite capturar a maioria ou todo o comprimento da tabela. Faça o possível para ajustar a câmera paralelamente ao eixo longo da mesa. (Pense em maneiras de verificar isso no visor.) Você quer experimentar sua configuração para determinar a melhor abertura da lente para uso com a luz estroboscópica. Você precisa tirar uma série de imagens em diferentes paradas f com apenas 1 flash estroboscópico por imagem. Coloque a luz estroboscópica a 1 Hz e a velocidade do obturador para 1 s. Encaixe uma imagem logo após um flash estroboscópico. O obturador deve permanecer aberto até o próximo flash e depois fechar. Pegue uma série de fotos de bolas de ping pong, usando aberturas sucessivas. Mantenha-se no seu caderno de laboratório cujas configurações foram usadas para cada imagem. Use estas imagens para selecionar a melhor configuração de abertura para sua experiência. Para as fotos de bola de ping pong em movimento, você usará a luz estroboscópica em uma freqüência mais alta, a partir de suas calibrações anteriores (acima). Tente manter a bola Experimente com durações de exposição de 1 s (geralmente disponíveis na câmera) ou mais (com a configuração B). Use uma liberação de cabo (ou controle remoto em câmeras mais novas) para evitar sacudir a câmera. Certifique-se de acompanhar as configurações de exposição, a freqüência de luz estroboscópica e quaisquer notas adicionais (por exemplo, bola de ping pong fora da linha) neste caderno de laboratório. Faça as fotografias processadas e impressas (ou faça você mesmo). Usando suas escalas de distância (veja acima), mida a distância da bola entre os flashes sucessivos. Conhecendo a freqüência da luz estroboscópica, você pode calcular a velocidade média para cada intervalo. Sugestão: abaixo de cada fotografia, exiba um gráfico que mostra a velocidade das bolas em cada ponto onde o estroboscópio brilhou. Quão rápido a bola viaja Qual é a velocidade de bola mais rápida que você pode medir com esta configuração Tente colocar backspin na bola e analisar o movimento resultante quando a bola salta. Variações Use a luz estroboscópica e a câmera para analisar o movimento de um pêndulo, que acelera e desacelera quando cai e sobe, respectivamente. Você pode pensar em outros objetos em movimento para fotografar e analisar Outra maneira (e provavelmente mais precisa) de calibrar a luz estroboscópica seria usar um circuito de fotodiodo conectado a um osciloscópio ou conversor analógico-digital. Você pode medir a freqüência com precisão na tela do osciloscópio ou analisando os dados digitalizados com o computador. Pergunte a um perito O Fórum Ask a Expert é destinado a ser um lugar onde os alunos podem encontrar respostas para questões científicas que não conseguiram encontrar usando outros recursos. Se você tiver dúvidas específicas sobre seu projeto de feira de ciências ou feira de ciências, nossa equipe de cientistas voluntários pode ajudar. Nossos especialistas não fazem o trabalho para você, mas eles vão fazer sugestões, oferecer orientação e ajudá-lo a solucionar problemas. Links Relacionados