Presentación - Departamento de Ingeniería Industrial II de la UDC

Laboratorio Virtual de Física
A. Ramil, A. Yáñez, A. J. López, J. C. Álvarez, G. Nicolás, E. Saavedra, J. A. Pérez y
J. Sanesteban
Dpto. Ingeniería Industrial II, Universidad de A Coruña, Escuela Politécnica Superior, Mendizábal s/n. 15403 Ferrol .
I.
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
El material que aquí se presenta ha sido desarrollado para la plataforma “Universidade da Coruña
Virtual’’. Su finalidad es servir de apoyo a la realización de las prácticas de laboratorio en las asignaturas
de Física I y Física II de las titulaciones de Ingeniero Naval y Oceánico e Ingeniero Industrial, de acuerdo
con un modelo de enseñanza bimodal, flexible, en el que se combinan las posibilidades de las TIC
(Tecnologías de la Información y la Comunicación) con las actividades tradicionales de formación.
Hoy en día las posibilidades de los entornos multimedia permiten el tratamiento digital o numérico
de imágenes y sonidos registrados utilizando estándares hasta hace poco ajenos al mundo del ordenador.
La analogía de un ordenador multimedia con los sentidos vista-oído es evidente y permite el análisis
físico de la naturaleza a través de dos de los “instrumentos de medida” más importantes y que mayor
influencia tienen en el desarrollo de la intuición científica. Si dotamos a estos sentidos de un verdadero
carácter cuantitativo y mejoramos su objetividad al analizar sus respuestas numéricamente, estaremos
mejorando nuestra percepción de las leyes de la naturaleza además de ampliar el campo de nuestras
experiencias de laboratorio a infinidad de temas de la vida cotidiana.
Es evidente que los temas de física que, de forma natural, caen dentro del alcance de nuestro sistema
multimedia son los de mecánica, óptica y acústica y es en estos campos donde nos hemos centrado para la
elaboración de las prácticas virtuales.
II. MATERIAL EMPLEADO
El material utilizado en este trabajo consistió en una cámara de vídeo, una tarjeta digitalizadora de
vídeo, una tarjeta de audio, cámara de fotos y la aplicación Video-Point®. Esta aplicación ha sido
desarrollada para analizar vídeo en ordenadores personales (Windows® y Macintosh®) y permite obtener
los datos de posición y tiempo de los puntos seleccionados sobre cada fotograma y a partir de ellos
obtener los valores de otras magnitudes físicas: velocidades, aceleraciones, etc., y combinarlas en
diferentes gráficos. Se utilizaron también diversos sensores electrónicos y aplicaciones generales para el
tratamiento numérico (Excel®, Matlab®, ...) así como el material del Laboratorio de Física de la EPS.
III. ACTIVIDADES REALIZADAS
Reunido el material básico (tarjeta para capturar vídeo y el software para su análisis, Video-Point ®)
se efectuaron las primeras pruebas con el sistema completo: cámara, tarjeta digitalizadora, software de
edición de vídeo y software para el análisis físico. Paralelamente se seleccionaron los experimentos a
realizar teniendo en cuenta el material disponible en el laboratorio y la viabilidad de su análisis a través
de los ficheros audio-vídeo. En la mayoría de los casos los experimentos se llevaron a cabo también
utilizando las técnicas habituales (incluyendo el uso de detectores electrónicos y tarjetas digitalizadoras
conectadas a ordenadores) para poder comparar los resultados y establecer la perdida o ganancia de
fiabilidad con el nuevo sistema. Se recopiló, además, abundante bibliografía sobre experimentos de física
y sobre la utilización del vídeo.
Posteriormente se inició la preparación de los archivos multimedia definitivos para lo cual, una vez
preparado el experimento, se siguió el esquema:
• Toma de audio-vídeo sobre película de 8 mm.
• Captura del vídeo con la tarjeta DC-10 al disco duro y de audio con la Sound Blaster 4.
• Edición del vídeo con el software Pinnacle Studio 7 y del audio con Creative Wave Studio 4.
• Creación del archivo multimedia empleando el mismo software.
En este proceso se prestó especial atención a que el tamaño final de los archivos no fuese demasiado
grande para facilitar su transferencia por la red con equipos y conexiones de poca capacidad.
El archivo preparado era analizado con Video-Point ® o con otra aplicación para intentar sacarle el
mayor partido. A la vista de los resultados obtenidos se decidía cuáles tenían mayor interés desde el punto
de vista de la formación del alumno. En algunos casos los resultados no se consideraban satisfactorios por
lo que se procedía a rehacer el proceso para salvar las deficiencias que, caso de persistir, nos obligaron a
prescindir de dichos archivos.
Finalmente se procedió a la elaboración de la documentación pertinente que incluye las
instrucciones generales para el registro y análisis de archivos multimedia y las fichas de cada
experimento.
-1-
IV. MATERIALES ELABORADOS
Los materiales elaborados son de dos tipos: la colección de archivos multimedia y los documentos
con las instrucciones.
La lista completa de la colección de archivos multimedia se encuentra en lista.htm y se resume en la
tabla siguiente:
Tabla 1. Colección de archivos sobre diferentes experimentos de física
Archivos Nº de Archivos Tipo
Imágenes
143
JPG
Vídeo
117
AVI
Sonido
32
WAV
Los documentos (en formato PDF) con las instrucciones son los siguientes:
•
Instrucciones generales para el análisis de archivo multimedia. Contiene información sobre las
técnicas comunes para el análisis de cada tipo de archivo con las herramientas más populares, así
como un ejemplo de cada caso.
•
Fichas para el alumno. Consiste en una colección de más de 30 fichas (véase tabla) con las
instrucciones precisas para que el alumno pueda realizar los experimentos propuestos. Las fichas
contienen los siguientes apartados: Objetivos, Introducción, Medidas a realizar, Análisis
numérico y grafico y Resultados y conclusiones.
•
Instrucciones generales para el registro y digitalización de audio-vídeo. Resume los pasos que
se siguieron para elaborar los archivos de la colección y da una serie de recomendaciones sobre
la toma y digitalización de audio-vídeo.
El documento Fichas para el alumno contiene los experimentos siguientes:
• Movimiento lineal 1
• Movimiento lineal 2
• Caída libre
• Caída libre en un medio resistente: parte 1
• Caída libre en un medio resistente: parte 2
• Movimiento de un proyectil
• Conservación de la energía mecánica. Rueda de Maxwell
• Choque inelástico 1. Caída sobre una superficie horizontal
• Choque inelástico 2. Caída sobre una superficie inclinada
• Dinámica de rotación
• Momento de inercia
• Conservación del momento cinético
• Equilibrio de un hilo bajo su propio peso: catenaria
• Catenaria con cargas concentradas
• Catenaria apoyada en una superficie
• Medida de la viscosidad por el método de Stokes
• Medida de la tensión superficial en una gota suspendida
• Medida del ángulo de contacto
• Características generales de una oscilación armónica
• Oscilaciones amortiguadas
• Oscilaciones amortiguadas: rozamiento seco y viscoso
• Oscilaciones no lineales
• Dos osciladores acoplados: modos normales
• Dos osciladores acoplados: análisis de Fourier
• Cadena de osciladores acoplados: modos normales
• Ondas estacionarias en una cuerda
• Sonido generado por ondas estacionarias en una cuerda
• Propagación de un pulso en una cadena de osciladores
• Difracción por una rendija
• Difracción por una rendija doble
• Difracción por una serie de rendijas
• Espectroscopia
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Advertencia legal:
El material que aquí se presenta ha sido desarrollado dentro del proyecto "Un sistema
web basado en la digitalización de audio-vídeo para el análisis de experimentos de física
y de fenómenos de la vida cotidiana" perteneciente a la primera convocatoria de
"Ayudas a proyectos de integración de las TIC en la docencia universitaria" del
Vicerrectorado de Innovación Tecnológica de la Universidad de A Coruña y, de acuerdo
con la convocatoria, la propiedad intelectual de estos productos corresponde a la
Universidad de A Coruña (reconociéndole la condición de autores a los profesores
beneficiarios de las ayudas).
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