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Feel Physics:わかりやすい物理学習アプリ

スマホのセンサーやHoloLensを使った物理学習アプリを作っています

運動可視化アプリ

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物理の学習を支援するアプリです。運動方程式でつまづく生徒が多いので、その一つ前の等加速度運動を直感的に理解できるアプリを作りました。アプリは、画像処理によって、運動する物体の速度・加速度ベクトルをキャプチャーした映像の上に重ねて表示します。測定した速度・加速度のグラフをリアルタイムに描画することもできます。

内部では、OpenCVをPythonから使っています。

速度ベクトル

以下の動画の青い矢印が「速度ベクトル」です。矢印の向きは進む方向、矢印の長さは速さを表しています。

速度ベクトルの水平成分

次は、速度ベクトルの水平成分(x軸成分)です。先ほどの速度ベクトルがいろいろな向きをとることができるのに対し、水平成分は水平方向にしか向くことができません。

次は、速度ベクトルは表示せずに、速度のx軸方向ベクトルのみを表示させます。物体が右方向に動くとx軸方向ベクトルも右に伸び、物体が左方向に動くとx軸方向ベクトルも左に伸びます。

速度ベクトルの水平成分のグラフ

次は、右方向を正、左方向を負として、速度のx軸方向ベクトルをグラフ化します。物体が右方向に動くとグラフは上に伸び、物体が左方向に動くとグラフは下に伸びます。

正方向へ斜面を転がり降りる運動

まずレールを、右側が下がるように傾けて、ボールが正方向(右方向)に転がしてみます。

次に、この速度のx軸方向ベクトルのグラフをとります。すると、一定の傾きで増加する直線のグラフになります。一定の値ずつ速度が増加していくので、この運動は「等加速度運動」です。

負方向へ斜面を転がり降りる運動

今度はレールを、左側が下がるように傾けます。方向は先ほどと同じ正方向(右方向)に、ボールを転がしてみます。

次に、この速度のx軸方向ベクトルのグラフをとります。すると、一定の傾きで減少する直線のグラフになります。一定の値ずつ速度が減少していくので、この運動も「等加速度運動」です。

いかがだったでしょう?グラフが描かれる過程を視覚化することで、いくらか理解しやすくなったのではないかと思います。