高寒+張黔+謝媛+伊志鑫

摘 要 在傳統(tǒng)的用三線擺測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用手機(jī)拍攝實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，利用Tracker視頻分析軟件和C語(yǔ)言程序來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；與傳統(tǒng)的通過(guò)秒表讀取三線擺擺動(dòng)周期相比，使用Tracker軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，更大的優(yōu)勢(shì)在于可以避免人工讀數(shù)產(chǎn)生的誤差，從而提高實(shí)驗(yàn)精度。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Tracker 三線擺 視頻分析

中圖分類號(hào)：O1313.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.01.029

The Application of Tracker for the Rotational Inertia of

Rigid Bodies Using Three-line Pendulum

GAO Han， ZHANG Qian， XIE Yuan， YI Zhixin

（Beijing Forestry University， Beijing 100083）

Abstract Based on the traditional three-line pendulum method of measuring the rotational inertia of the rigid bodies， obtaining experimental data by recording the experimentation using an intelligent mobile phone and processing the data with the intelligent video Tracker software and C Language Programming can be a good way to study the rotational inertia of the rigid bodies. Comparing with the traditional data of the cycle of three-line pendulum obtain by a stop-watch， processing the data with the intelligent video Tracker software saved a lot of time， with a greater advantage is that it can avoid the artificial reading error， and the experimentation is thus more accurate.

Keywords rotational inertia； Tracker； three-line pendulum； video analysis

0 引言

剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量是大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)課程①中的一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由于該實(shí)驗(yàn)的精度要求比較高（與理論值相比，相對(duì)誤差要求小于3%），要做出符合要求的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間集中注意力，反復(fù)測(cè)量。本文通過(guò)使用Tracker視頻分析軟件②（以下簡(jiǎn)稱Tracker），對(duì)用三線擺測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量③實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)：用智能手機(jī)（或相機(jī)）等數(shù)碼拍攝裝置代替實(shí)驗(yàn)中的秒表裝置拍攝實(shí)驗(yàn)視頻，利用Tracker軟件的物體位移追蹤功能獲取實(shí)驗(yàn)所需的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)程序分析，從而得出待測(cè)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及相對(duì)誤差。相比市場(chǎng)上已有的相關(guān)測(cè)量時(shí)間的儀器相比，利用該軟件進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)不僅可以節(jié)省大量實(shí)驗(yàn)成本，而且還能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率，將當(dāng)今流行的智能手機(jī)與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，極大的提高了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

通過(guò)利用Tracker軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，不僅使得學(xué)生能夠在保證實(shí)驗(yàn)精確度的前提下快速完成實(shí)驗(yàn)，掌握實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，而且老師還可以通過(guò)提前錄制實(shí)驗(yàn)視頻，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程通過(guò)該軟件展示出來(lái)，方便學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)原理及相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高教學(xué)質(zhì)量。

4.2 應(yīng)用前景

Tracker軟件是一個(gè)可以追蹤物體運(yùn)動(dòng)軌跡的一款視頻分析軟件，所以該軟件也可以處理其他的一些與運(yùn)動(dòng)軌跡有關(guān)的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比如測(cè)量液體黏度實(shí)驗(yàn)、⑦拋體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)⑧等。

由于Tracker軟件是一個(gè)利用java編寫的開(kāi)源軟件，所以在以后可以將該軟件移植到android智能手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)只利用基本上每個(gè)學(xué)生都會(huì)有的智能手機(jī)就能 （下轉(zhuǎn)第137頁(yè)）（上接第63頁(yè)）夠完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，將物理實(shí)驗(yàn)與當(dāng)今流行的智能手機(jī)相結(jié)合，不僅能夠增強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)的趣味性，而且能夠提升學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。

*通訊作者：張黔

注釋

① 張文杰.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].1版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2015.

② 吳志山.讓真實(shí)定量、定格——Tracker軟件在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理教師，2012（7）：53-54.

③ 張代勝，胡璽良，袁玲.三線擺法測(cè)量復(fù)雜構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的誤差分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008.39（3）：37-40.

④ 汪雷.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的判定[J].湖南中學(xué)物理，2014（9）：63-64.

⑤ 李雪梅，夏雪琴. Matlab軟件在三線擺法測(cè)定圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2014.27（3）：101-104.

⑥ 強(qiáng)蕊.三線擺法測(cè)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的不確定度分析[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011.31（5）：631-635.

⑦ 曹海賓，侯娟，李金平，等.運(yùn)用Tracker視頻分析軟件對(duì)液體黏度實(shí)驗(yàn)的分析[J].物理實(shí)驗(yàn)，2015.35（12）：29-32.

⑧ 丁曉彬，董晨鐘.基于2D開(kāi)源視頻分析和建模軟件Tracker研究拋體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)[J].大學(xué)物理，2012.31（7）：34-36.