Tasaisen ja kiihtyvän liikkeen tutkiminen hyödyntäen 360-videota

Kahdeksannen luokan fysiikan yksi opetussuunnitelman mukainen sisältöalue on tasaisen ja muuttuvan liikkeen mallintaminen kvantitatiivisesti. Tasaisella liikkeellä tarkoitetaan liikettä, jonka nopeus ei muutu. Muuttuva liike sen sijaan on luonteeltaan kiihtyvää. Wivi Lönnin koulussa tähän sisältöalueeseen päätettiin paneutua hyödyntäen 360-kameran videokuvausta. Ideana oli kiinnittää kamera lelujunaan, joka kiertää rataa. Tällaisen lelujuna liike on tasaista. Alla olevista kuvista selviää ”mittalaitteisto”.

Kuva 1

Kuva 2

Kuvassa 1 näkyy mittauksessa käytetty junarata. Pöytään on merkitty teipillä 20 cm:n välein viivat. Viivoja on 2 metriin asti. Lisäksi viivojen viereen on askarreltu kyltit, joihin on merkitty kyseisen viivan paikka senttimetreinä. Kuvassa 2 näkyy juna, jota käytettiin mittauksissa. Juna on patterilla itsestään eteenpäin liikkuva ja sen perässä olevaan vaunuun on kiinnitetty 360-kamera. Alla on kaksi YouTubeen ladattua 360-videota, jotka kummatakin kuvattiin radalla. Videoissa on käytetty eri junia. Koska junat liikkuvat eri nopeuksilla, saadaan erilaisia mittaustuloksia joita voidaan halutessa vertailla.

Tarkoituksena on, että oppilas mittaa sekuntikellolla ajan, joka junalta kuluu 20 cm:n, 40 cm:n jne. matkaan. Tämän jälkeen hän piirtää mittaustulokset kuvaajaksi aika-matkakoordinaatistoon. Mittaustuloksista voidaan laskea junan nopeus. Lisäksi kuvaajasta nähdään, että tasaista liikettä matka-aikakoordinaatistossa havainnollistaa suora. Mikäli lukija ei ole niin sanotusti sinut fysiikan käsitteiden kanssa, voi tämä teksti vaikuttaa sekavalta. Eipä kuitenkaan esitetä valmiita mittaustuloksista tässä, sillä on hauskempaa, jos lukija suorittaa mittauksen itse. Apua kuitenkin löytyy kiihtyvän liikkeen työselostuksesta, joka löytyy alta.

Linkki

Kiihtyvän liikkeen tutkimiseen saatiin apua maapallolta. Maapallo vuorovaikuttaa kaikkien kappaleiden kanssa vetämällä niitä kohti keskipistettään. Jos junarataa kallistetaan, niin alkaa juna liikkua kohti maan keskipistettä. Maan ja junan välinen vuorovaikutus ilmenee gravitaatiovoimana eli maan vetovoimana.  Isaac Newton oivalsi jo 1600-luvun lopussa, että mikäli kappale liikkuu voiman vaikutuksesta, liikkuu kappale kiihtyen. Toisin sanoen juna saadaan liikkumaan kiihtyen, kun se asetettiin liukumaan pitkin kaltevaa pöydän pintaa. Alla olevissa kuvissa näkyvät mittausjärjestely ja juna jolla kiihtyvyys mitattiin. Kyseiseen junaan on lisätty vaunun avulla yksi metallipaino. Sen havaittiin tuottavan hyviä mittatuloksia. Asiaa tutkittiin myös painoitta ja kahden painon avulla.

Kuva 3

 

Kuva 4

 

Alla on 360-video, joka on kuvattu kiihtyvän junan kyydissä. Juna liikkuu pöytää pitkin sen verta nopeasti, että mittaaminen on mahdotonta. YouTube tarjoaa kuitenkin mahdollisuuden hidastaa videota. Video kannattaa hidastaa 0,25 kertaiseksi, jolloin mittaaminen jo onnistuu. Sinun pitää vain sitten muistaa kertoa mittaamasi ajat luvulla 4 jotta saat oikeat tulokset. Mittauksessa kannattaa olla tarkkana neljännen viivan jälkeen. Sillä näillä main kaksi pöytää yhdistyvät. Yhdistyskohta harmillisesti muistuttaa yhtä mittaviivoista.

 

 

Voidaan kysyä, että mitä hyötyä 360-kameralla saavutettiin tässä työssä suhteessa tavalliseen kameraan? Ainakin aluksi ilmeistä on se hyöty, että oppilaat tutustuvat 360-kameran käyttöön ja sen suomiin mahdollisuuksiin. Lisäksi 360-video suo oppilaalle vapaamman käden suorittaa mittaus. Oppilas voi esimerkiksi vapaasti valita kohdan josta hän mittaukset tekee (esim. aika mitataan kun junan rengas on viivan kohdalla tai kun vaunun reuna on kyltin kohdalla). Mittaustilanteesta tulee siis todenmukaisempi. Puhumattakaan siitä, jos mittaus suoritetaan käyttäen VR-laseja. Ja onhan tällaisessa työssä hauskuuselementti vahvasti läsnä. Jos fysiikan ilmiöiden mittaaminen ei satu juuri kyseisellä hetkellä kiinnostamaan, voi aina VR-lasien avulla nauttia matkasta lelujunan kyydissä!

Matemaattisten aineiden opettaja Tommi Savikko, Wivi Lönnin koulu, Tampere