Hochgeschwindigkeitsvideos -
Schriftliche Hausarbeit von Maximilian Michel

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   Inhalt und Relevanz der Arbeit
 

Viele Versuche verlaufen im Physikunterricht zu schnell, um die einzelnen Schritte wahrnehmen zu können. Mit den bezahlbaren Hochgeschwindigkeitskameras von Casio können nun Experimente mit geringem Aufwand gefilmt und verlangsamt betrachtet werden. Jugendliche haben bereits Erfahrungen mit Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, da sie oft in Kinofilmen, in der Werbung oder in wissenschaftlichen Fernsehsendungen als Zeitlupenaufnahmen eingesetzt werden.
Der Videoanalyse von Bewegungen waren bisher bei schnell ablaufenden Experimenten enge Grenzen gesetzt, da die Anzahl der Videobilder zu gering oder das Objekt durch seine Bewegung undeutlich zu erkennen war. Deshalb bieten die Hochgeschwindigkeitskameras für die Videoanalyse von Bewegungen neue Möglichkeiten.

Herr Michel zeigt in seiner Schriftlichen Hausarbeit „Hochgeschwindigkeitskameras im Physikunterricht. Physik unter der (Zeit-)Lupe“ die Möglichkeiten auf, die sich durch die Hochgeschwindigkeitskameras im Physikunterricht ergeben. Im Kapitel 1 werden die neuen CMOS-Hochgeschwindigkeitskameras mit ihren technischen Besonderheiten allgemein besprochen. Kapitel 2 gibt dem interessierten Leser Tipps und Tricks mit auf den Weg: für das Erstellen von Hochgeschwindigkeitsfilmen, für deren evtl. nötigen Bearbeitung mit „MPEG-Streamclip“ und für Analysen mit „measure dynamics“. Kapitel 3 zeigt die Möglichkeiten bei der Videoanalyse auf, welche sich durch den Einsatz der Hochgeschwindigkeitskamera im Mechanikunterricht ergeben. Im Kapitel 4 werden völlig neue Möglichkeiten bei qualitativer Betrachtung von Experimenten für den Schulphysikunterricht vorgestellt.
Insgesamt zeigte sich, dass die Kameras aufgrund des niedrigen Preises und der leichten Bedienung für den Physikunterricht geeignet sind. Auch Schüler selbst können Versuche mit Hochgeschwindigkeitskameras durchführen und mit einem Videoanalyseprogramm quantitativ analysieren. Besteht die Möglichkeit bei der Videoanalyse von Bewegungen auch Vektorpfeile einzublenden, sind auch qualitative Betrachtungen von Bewegungsabläufen möglich und sinnvoll. Dies ermöglicht eine zweidimensionale Behandlung, auch von schnelleren Objekten.

Herr Michel erhielt für diese Arbeit 2012 den Röntgen-Studienpreis der Fakultät für Physik und Astronomie der Universität Würzburg.

 
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Die schriftliche Hausarbeit ohne Links [Download als pdf, 4,8 MB]
Die schriftliche Hausarbeit mit aktiven Links [Download als pdf, 10,5 MB]
 
   Screenshots von Videos
 
Aufgezogenes Darda-Auto fährt durch Looping
 
Energien des aufgezogenes Darda-Autos
 
Darda-Auto rollt durch Looping
 
Energien des rollenden Darda-Autos
 
Metallkugel fällt auf Glasplatte
 
Energien der fallenden Metallkugel
 
mit Wasser gefüllter Luftballon platzt
 
Stauwirbel
 
Wassertropfen fällt auf Wasseroberfläche
 
   Beispielvideos
 
aufgezogenes Darda-Auto fährt durch Looping siehe Online-Ergänzungen bei erster Veröffentlichung
Darda-Auto rollt durch Looping siehe Online-Ergänzungen bei erster Veröffentlichung
fallende Metallkugel siehe Online-Ergänzungen bei erster Veröffentlichung
Wassertropfen fällt auf Wasseroberfläche siehe Beispielvideo 3 bei zweiter Veröffentlichung
mit Wasser gefüllter Luftballon platzt siehe Beispielvideo 4 bei zweiter Veröffentlichung
 
   Veröffentlichung
 
MICHEL, M.; WILHELM, T.:
Dynamik mit Hochgeschwindigkeitsvideos
In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 59, Nr. 7, 2010, S. 23 - 30
[Download als pdf]   [Online-Ergänzungen beim Verlag: Beispielvideos]

MICHEL, M.; WILHELM, T.:
Die Hochgeschwindigkeitskamera im Physikunterricht
In: PhyDid-B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, 2010, www.phydid.de

[Download von www.phydid.de als pdf]   [Beispielvideo 1]   [Beispielvideo 2]   [Beispielvideo 3]   [Beispielvideo 4]  

 
   Weitere Arbeiten zur Videoanalyse
 

Weitere Staatsexamensarbeiten zur Videoanalyse mit measure dynamics sind:

- Videoanalyse zweidimensionaler Bewegungen mit dynamisch ikonischen Repräsentationen (11/2007)

- Digitale Videoanalyse von Bewegungen - neue Möglichkeiten mit der Software "measure Dynamics" (02/2008)

- Physik und Sport mit dem Videoanalysesystem "measure Dynamics" (1/2009)

- Vergleich verschiedener Messwerterfassungssysteme am Beispiel der beschleunigten Bewegung (11/2009)

- Physik im Freizeitpark (02/2011)

- Schülerlabor „Zweidimensionale Bewegungen mit Videoanalyse“ (7/2011)

- Gehen, Laufen, Springen (9/2011)

- Physik und Fußball (2/2012)

- Vergleich von Videoanalyseprogrammen (3/2012)

- Tutorial zu "measure dynamics" (3/2013)

- Physik des Schlagzeugs (4/2013)

- Physik und Tennis (5/2013) 

 
  
 

| Prof. Dr. Thomas Wilhelm, Institut für Didaktik der Physik, Universität Frankfurt, Max-von-Laue-Str. 1, 60438 Frankfurt am Main |
| vorher: Didaktik der Physik, Universität Augsburg |
| ehemals: Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik, Universität Würzburg |
 
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