利用Tracker软件和慢镜头分析单摆在小幅摆动时的机械能守恒问题

实验场景

疫情防控期间，微主利用Tracker软件分析了单摆在大角度摆动条件下的机械能守恒问题，实验的相对误差为4.81%。研究报告在2020年4月29日经过“创客焦作”微信公众号推送后，不少网友纷纷参与讨论，献言献策。

北京和平街一中的梅晓璇老师利用页底留言分享了他搜集的Tracker学习资料，并建议使用慢镜头研究单摆在小振幅条件下的机械能守恒问题。振幅越小，空气阻力越小，相对误差就可能会越小。

数据采集

近日，微主使用4倍速的慢镜头拍摄了单摆在小振幅下的振动视频，帧速率为120帧每秒。

随后将视频载入Tracker，由于本次实验背景纯净，黑色小球与蓝色背景对比鲜明，Tracker软件自动逐帧获取了摆球的运动数据。

半周期能量转化分析

起初，微主选取的研究过程是半个振动周期，发现即便是小振幅振动，经过半个周期，两个四分之一周期的数据线并不重合，机械能竟然损失了8%左右。

经过对半个振动周期振动的机械能损失情况分析可以发现，选取的运动过程越长，机械能瞬时越大，实验越难成功。

四分之一周期能量转化分析

为此，微主选取了四分之一周期为研究过程，只研究摆球在小振幅下下摆的过程。

线性拟合

经过线性拟合，可以发现，动能的增加量与重力势能的减小量存在正比例关系，比例系数为1.015。

显然，本次“利用Tracker软件分析慢镜头中单摆小振幅摆动条件下的机械能守恒”实验取得了圆满成功，相对误差仅为1.5%。

| 创客焦作 | 

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