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Uso de la cronofotografía en trabajos prácticos de física.

¿Quieres estudiar cronofotografías en clase? Este artículo contiene toda la información para buscar cronofotografías, analizar movimientos con FizziQ y compartir los datos en una hoja de cálculo.


Tabla de contenidos :


Cronofotografía y ciencia


Primero un poco de historia!


Tres fotógrafos desarrollaron la técnica de la cronofotografía, una técnica fotográfica que consiste en capturar varias imágenes de un objeto en movimiento a intervalos de tiempo regulares y luego ensamblarlas en una sola imagen. Estos artistas y científicos son Étienne-Jules Marey , Eadweard Muybridge y Berenice Abbott .


Pelícanos de Étienne-Jules Marey

La cronofotografía fue inventada por el fotógrafo francés Étienne-Jules Marey en el siglo XIX y fue ampliamente utilizada para analizar los movimientos de animales, humanos y objetos mecánicos. Inventó el rifle fotográfico, un dispositivo capaz de tomar varias imágenes en rápida sucesión en una sola placa fotográfica.


Eadweard Muybridge es famoso por sus estudios sobre el movimiento de los animales, en particular por su serie de fotografías titulada "Sallie Gardner al galope". Gracias a él se puso fin a la polémica sobre si los caballos levantan las cuatro patas del suelo durante determinadas fases del galope . Su análisis demostró que este era el caso y es la primera vez que se utiliza la fotografía para resolver un problema científico.


Berenice Abbott fue una fotógrafa estadounidense famosa por sus fotografías documentales de la ciudad de Nueva York en la década de 1930. En las décadas de 1950 y 1960, Abbott trabajó en un proyecto llamado "Documentar la ciencia" , donde exploró diversas técnicas fotográficas para ilustrar principios científicos y hacer que la ciencia sea más accesible al público en general . En este proyecto, utilizó métodos de fotografía estroboscópica y de alta velocidad para capturar imágenes de fenómenos en rápido movimiento.


Estos fotógrafos mostraron el aporte que la cronofotografía podía hacer al estudio y enseñanza de la ciencia. Gracias a su trabajo, los profesores tienen a su disposición los recursos para introducir a sus alumnos en muchos aspectos de la física.


¿Qué cronofotografías debo utilizar en clase?


Lo ideal es que los estudiantes participen en la producción de imágenes. Lamentablemente la producción de cronofotografías con Photoshop u otro es un proceso largo y parece que la aplicación que existía para crear tu propia cronofotografía a partir de una película ya no está disponible. Si desea involucrar a su clase en la producción, es mejor recurrir al análisis de videos cinematográficos.


En Internet encontramos preciosas cronofotografías perfectamente adaptadas al trabajo en clase. También se encuentran en libros de ciencia. También podemos utilizar fotografías antiguas que resulten divertidas para los alumnos. En la página https://www.fizziq.org/chronophotographies también encontrarás muchas cronofotografías para usar en clase.


Consejo : si tienes un documento en el que está impresa una cronofotografía y quieres analizar esta imagen con FizziQ, la forma más sencilla es tomar una foto de este documento , que se puede utilizar directamente en la aplicación FizziQ.


FizziQ permite estudiar casi cualquier tipo de cronofotografía : un dibujo, una imagen en película fotográfica o una cronofotografía disponible en una dirección web o en fizziq.org. Todas estas imágenes se pueden descargar en la aplicación y en la siguiente sección describiremos cómo hacerlo.


Para que una cronofotografía sea utilizable y pueda realizar un análisis cinemático de calidad, debe tener varias características:

  • La escala debe ser fácilmente legible.

  • Se debe conocer la frecuencia de captura de imágenes.

  • Las diferentes posiciones del objeto deben ser fáciles de señalar con precisión (sin que se desenfoquen ni se superpongan).

  • Las posiciones deben estar a (o cerca de) la misma distancia de la lente.

Hemos publicado 7 recomendaciones importantes a la hora de crear un vídeo para cinemáticas y estos comentarios también pueden ser útiles en cronofotografía.


¿Qué TP realizar con cronofotografía?


Una cronofotografía permite obtener la siguiente información sobre el movimiento de un objeto o de una persona: las posiciones x e y, el vector velocidad, el vector aceleración, la energía cinética y potencial, el ángulo y la velocidad de rotación.


Esta información hace posible estudiar prácticamente todos los aspectos de los programas de mecánica de escuelas intermedias y secundarias:

  • Movimiento uniforme: Bicicleta, persona caminando, pelota lanzada al suelo. Estudio de la trayectoria, cálculo de velocidad.

  • Caída libre : Objeto que cae. Trayectoria, velocidad, aceleración, cálculo de g, cálculo de vectores velocidad, fricción.

  • Péndulo simple : Análisis del movimiento oscilatorio de un péndulo simple. Conservación de energía mecánica, periodo y longitud del hilo, amplitud, velocidad en el punto bajo, cálculo de vectores de velocidad.

  • Movimiento parabólico : Objeto lanzado al aire. Estudio de trayectoria parabólica, alcance, altura máxima, duración de vuelo, conservación de energía mecánica.

  • Movimiento circular uniforme : Un objeto en movimiento circular uniforme, como una bola unida a un alambre giratorio. Velocidad tangencial.

  • Movimiento de un resorte : Análisis del movimiento de un objeto sujeto a un resorte en oscilación vertical u horizontal. Medición del período, amplitud y constante de rigidez del resorte.

  • Fricción : Estudia el efecto de la fricción de un volante de bádminton o de un objeto deslizándose sobre una superficie o la caída de una gota en un líquido. Distancia recorrida, vector velocidad, coeficiente de fricción.

  • Colisión : Estudio de colisión elástica y no elástica. Energía cinética de los dos objetos, determinación del tipo de colisión.

  • Olas : Observa la propagación de las ondas sobre la superficie del agua o sobre una cuerda floja. Analizar la velocidad de propagación, longitud de onda y frecuencia de las ondas.

  • Movimientos complejos: movimientos del atleta que involucran varias secuencias como el salto con pértiga. Energía, velocidad, aceleración.

  • Centro de inercia : Estudio de un objeto lanzado en rotación. determinación del centro de inercia


Sube una fotografía a FizziQ


Se accede al módulo de cinemática en la aplicación desde la pestaña Herramienta de aplicación, luego Estudio cinemático. Desde el menú podrás estudiar un vídeo o una cronofotografía. Seleccionamos Cronofotografía y accedemos al menú de selección de fotografías.


El usuario puede descargar:

  • una imagen de la película . Al presionar Mis Imágenes accede a su biblioteca y puede elegir cualquier imagen disponible.

  • una de las imágenes que ofrece la aplicación entre las de caída libre, la parábola o el péndulo

  • una imagen disponible en Internet , ya sea desde la biblioteca del sitio fizziq.org, o desde una dirección en la que se encuentre el archivo de imagen

Descargar una imagen de la biblioteca de imágenes y vídeos creada por FizziQ para el estudio de la cinemática. : presione “Recursos FizziQ”, luego copie el enlace de la imagen que desea agregar. Regrese a la aplicación y toque "Internet", luego el ícono "Pegar". Listo, la imagen está lista para ser analizada.


Para descargar una imagen de un archivo disponible en Internet: coloque una copia del enlace de Internet de esta imagen en el portapapeles, en la aplicación, presione "Internet" y luego el icono "Pegar".

Analizar una cronofotografía


El análisis de una cronofotografía con FizziQ se realiza en tres pasos:

En cualquier momento podrás volver al paso anterior para cambiar la escala o modificar puntos del movimiento.


Escalada

El escalado se realiza en tres pasos que se pueden realizar en cualquier orden:

- posicionar el Origen moviendo el cursor con el dedo

- posicionamiento del final

- entrada de longitud de escala

Hasta que no se hayan completado estos tres pasos, no podemos pasar al siguiente. Una vez que se complete la escala, presione la pestaña "Señalar" a la derecha


Puntuación

La puntuación consta de dos pasos:

- comprobar que el intervalo de tiempo es efectivamente el que corresponde a la secuencia de imágenes. Este intervalo se ingresa en milisegundos,

- introduzca todos los puntos del movimiento moviendo el objetivo con el dedo para posicionarlo y luego presionando el círculo para validarlo.

Si cometiste un error puedes cancelar presionando la papelera. Para ocultar las indicaciones que pueden interrumpir el apuntamiento, puede presionar el ojo. Finalmente la cámara te permite tomar una captura de pantalla.


Resultados

Después de haber anotado todo el movimiento, podemos pasar al análisis que se realiza en el cuaderno de experimentos utilizando las posibilidades gráficas de la aplicación:

- seleccione los datos que desea transferir al cuaderno. Se pueden seleccionar un máximo de 3 datos,

- transferir los datos presionando Notebook,

- la aplicación cambia al cuaderno de experimentos y los datos se agregan al final del cuaderno.

Utilice el cuaderno de experiencias


El cuaderno de experiencias es una de las características específicas de la aplicación FizziQ. Le permite organizar datos, analizarlos gráficamente, agregar texto y fotografías para documentar su razonamiento y luego exportarlos.


Los datos del análisis cinemático se añaden al cuaderno en forma de una nueva ficha de observación tipo tabla. Una tabla en FizziQ es el equivalente a una hoja de cálculo. Se pueden agregar filas presionando el botón + o eliminarlas empujando la fila hacia la izquierda (deslizar hacia la izquierda). La última fila de la tabla le permite agregar estadísticas.


En la parte inferior del mapa encontramos las posibilidades gráficas de la tabla . Los botones le permiten crear gráficos combinando las 3 columnas de datos. En un gráfico, los botones + y - le permiten cambiar la escala y el botón arriba-abajo para centrar el gráfico. El botón de la derecha le permite realizar interpolaciones lineales o cuadráticas de los datos.


La tabla es una herramienta en evolución y periódicamente se agregan otras funciones.


Exportar datos


Una de las ventajas de FizziQ es la capacidad de exportar datos muy fácilmente . Muchos profesores prefieren utilizar una hoja de cálculo en una computadora, pero utilizan la capacidad del módulo cinemático para que sus alumnos analicen los datos rápidamente con su teléfono inteligente.


Una vez que los datos estén en el cuaderno de experimentos, se pueden exportar a un archivo en formato CSV:

- en el cuaderno, presione el ícono Compartir en la parte superior derecha de la pantalla

- seleccione "Crear un archivo CSV"

- elija un separador decimal de punto o coma según la configuración de su hoja de cálculo

- exportar el documento


Para saber más


La Fundación la main à la pâte ha publicado un desafío sobre la cronofotografía .


El módulo de cinemáticas y el uso de videos para crear cinemáticas en FizziQ se describe en este tutorial preparado por nuestro equipo .


También puedes consultar el excelente vídeo de Jean-Michel Courty para Billes de Sciences sobre el uso de la aplicación FizziQ para el análisis cinemático.

















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