Kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng bằng phương pháp xử lý ảnh báo cáo nghiên cứu khoa học giáo viên

1

LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin gửi đến các bạn đồng nghiệp lời cảm ơn sâu sắc vì đã cố vấn và giúp
đỡ chúng tơi trong q trình thực hiện đề tài này.


2

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN --------------------------------------------------------------------------------- 1
MỤC LỤC ------------------------------------------------------------------------------------- 2
PHẦN MỞ ĐẦU ------------------------------------------------------------------------------ 3
1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 3
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 3
3. Nội dung và phương phương pháp nghiên cứu .................................................. 4
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN --------------------------------------------------------------- 5
1.1 Động lượng của một chất điểm .....................................................................5
1.1.1 Định nghĩa và ý nghĩa vật lý ...................................................................5
1.1.2 Định lý ....................................................................................................5
1.1.3 Hệ quả .....................................................................................................6
1.2 Động lượng của một hệ chất điểm.................................................................6
1.2.1 Khối tâm C của một hệ chất điểm........................................................... 6
1.2.2 Động lượng của một hệ chất điểm .......................................................... 7
1.2.3 Định luật bảo toàn động lượng của một hệ chất điểm ............................ 7
1.3. Các thí dụ va chạm kinh điển ........................................................................8
1.4. Ánh sáng và màu sắc ...................................................................................10
1.4.1. Hệ thống màu RGB...............................................................................10
1.4.2. Hệ thống màu HSI ................................................................................12
1.5. Các hệ thống xử lý ảnh nghiệm định luật bảo toàn động lượng ..................13

CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN --------------------- 15
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.

Dụng cụ và thiết bị....................................................................................... 15
Xây dựng thuật tốn cho chương trình ........................................................ 17
Visual studio 2010 ....................................................................................... 19
Giao diện của chương trình .........................................................................22
Thực nghiệm và kết quả ..............................................................................23
Bàn luận ......................................................................................................25

CHƢƠNG 3 KẾT LUẬN ---------------------------------------------------------------- 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO ---------------------------------------------------------------- 27
PHỤ LỤC ------------------------------------------------------------------------------------ 28


3

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Định luật bảo toàn động lượng là một nút trong chuỗi các định luật bảo tồn
quan trọng trong vật lý. Nó cho biết một cách định lượng sự truyền chuyển động
trong quá trình tương tác giữa các vật. Định luật bảo toàn động lượng phát biểu như
sau: “Trong một hệ chất điểm cô lập, tổng động lượng của hệ chất điểm khơng đổi”
N



p
i 1

i

 const

Có nhiều phương pháp kiểm nghiệm định luật này như: sử dụng thì kế điện tử
kết hợp với các cảm biến vị trí. Khuyết điểm của các phương pháp này là không
hiển thị trực tiếp động lượng của các vật. Ở đây, chúng tôi đề nghị một phương
pháp mới kiểm nghiệm định luật này bằng xử lý ảnh. Phương pháp này sẽ dùng máy
tính và webcam để ghi nhận q trình chuyển động. Sau đó dùng các kỹ thuật xử lý
ảnh tính tốn vận tốc và động lượng của hai động tử, hiển thị kết quả lên máy tính.
Ưu điểm của phương pháp mới là sử dụng các thiết bị đơn giản và rất phổ biến, cho
kết quả rõ ràng và dễ sử dụng.
2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là sử dụng một webcam thu nhận ảnh quá trình chuyển động
của các động tử. Xác định vị trí qua màu sắc của các lá cờ được gắn trên các động
tử. Từ đó tính được vận tốc chuyển động:
v

s
t

Trong đó:
 v: vận tốc
 s: quãng đường
 t: thời gian thực hiện

Phần thử nghiệm và đánh giá kết quả: so sánh kết quả với phương pháp cũ.


4

3. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu:
 Tìm hiểu Microsoft Visual Studio 2010.
 Nghiên cứu giải thuật xử lý ảnh để đo vận tốc của các động tử. Từ đó suy ra
động lượng.
 Thử nghiệm kết quả trên mơ hình thí nghiệm.
 Tổng hợp và báo cáo kết quả.
Phương pháp nghiên cứu:
 Tư duy kết hợp thực nghiệm.


5

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1.

Động lƣợng của một chất điểm

1.1.1. Định nghĩa và ý nghĩa vật lý
1.1.1.1. Định nghĩa


p  mv








hay p  px  i  p y  j  pz  k  mvx  i  mvy  j  mvz  k

(1.1a)

Trong đó:

p là động lượng của chất điểm, đơn vị SI là [kg.m/s]; còn px , p y , pz là ba
độ lớn đại số (hay thành phần) của động lượng chất điểm theo ba hướng
  
i , j , k vng góc nhau.
m là khối lượng của chất điểm, đơn vị SI là [kg].

v là vận tốc của chất điểm, đơn vị SI là [m/s].
1.1.1.2. Ý nghĩa vật lý: Là một đại lượng véctơ đặc trưng cho sự truyền
chuyển động khi tương tác, có:
─ Phương là phương của vận tốc;
─ Hướng là hướng của vận tốc;
─ Độ lớn:
p

px2  p y2  pz2 hay

(1.1b)

p  mv

(1.1c)

─ Điểm đặt là tại chất điểm.
1.1.2. Định lý
 dp
F
, nghĩa là “Tốc độ thay đổi động lượng của chất điểm tỉ lệ thuận
dt

với hợp lực tác dụng lên chất điểm và có hướng là hướng của hợp lực này.”
(1.2)
 Ghi chú:
 Dẫn ra (1.2), bằng cách lấy vi phân hai vế (1.1a) theo thời gian và kết




hợp với F  ma , nhận được:

dp d  mv  dm
dv
dm


v m
 
v  ma . Trong
dt
dt

dt
dt
dt

đó: số hạng thứ hai ở vế phải có thứ nguyên là lực (kg.m/s2=N), cịn số hạng
thứ nhất cũng có thứ ngun của lực (kg/s.m/s= kg.m/s2=N), dẫn đến vế phải
có thứ nguyên là lực và

dp
F.
dt

 Phương trình (1.2) là định luật Newton thứ hai tổng quát cho chuyển
động của mộtchất điểm mà Newton đã phát biểu. Thật vậy, chúng ta có thể

đưa (1.2) về F  ma như sau:


6

dp d  mv 
dv dm
m  Const

m 
v 
 F  ma , kết quả này được sử dụng
dt
dt
dt dt

F

nếu khối lượng của chất điểm không đổi trong quá trình chuyển động.
1.1.3. Hệ quả
1.1.3.1. Hệ quả 1
t

p  p0   Fdt , nghĩa là “Độ biến thiên của động lượng của chất điểm tỉ lệ
t0

với xung lực tác dụng lên chất điểm trong thời khoảng biến thiên này.”
(1.3)
1.1.3.2. Hệ quả 2




Nếu F  0 thì p  Const , nghĩa là động lượng của chất điểm được bảo
toàn.
(1.4)
1.2.

Động lƣợng của một hệ chất điểm

1.2.1. Khối tâm C của một hệ chất điểm
─ Đối với hệ phân bố rời rạc trong mặt phẳng tọa độ xy (mặt tờ giấy):


N

RC 

m r

i i

i 1

M

N
 N
  mi xi  mi y i
 RC   i 1
; i 1
 M
M










(1.5a)

Trong đó:
N

M   mi là tổng khối lượng hệ;
i 1

RC là véctơ vị trí của khối tâm C;

ri là véctơ vị trí của chất điểm thứ i có khối lượng mi.

─ Đối với hệ phân bố liên tục mặt phẳng tọa độ xy (mặt tờ giấy):


RC 

 r dm

(Heä)

M

 xdm
ydm 

 
(Hệ)
(Hệ)

 RC  
;

M 
 M





(1.5b)

Trong đó:
M 

 dm

là tổng khối lượng vật rắn;

(Hệ)

RC là véctơ vị trí của khối tâm C;

r là véctơ vị trí của chất điểm có khối lượng nguyên tố dm.


7

1.2.2. Động lƣợng của một hệ chất điểm
─ Vận tốc của khối tâm C được suy từ phương trình (1.5):
N

d RC

VC 

dt

VC 

m v
i 1

i i

M
 vdm

d RC (Heä)

dt
M

(Cho hệ chất điểm)

(1.6a)

(Cho vật rắn)

(1.6b)

─ Động lượng của khối tâm C được suy từ phương trình (1.6), cũng là động
lượng của một hệ chất điểm:
N

PC   pi

(1.7)

i 1

Trong đó:
PC  MVC là động lượng khối tâm C của hệ chũng chính là tổng động lượng

của các chất điểm trong hệ, [kg.m/s].
(1.8)
pi  mi vi là động lượng của chất điểm thứ i trong hệ, [kg.m/s]. (1.9)
1.2.3. Định luật bảo toàn động lƣợng của một hệ chất điểm
─ Gia tốc của khối tâm C được suy từ phương trình (1.6):
N

dV
AC  C 
dt

AC 

m a
i 1

i i

M
 adm

dVC (Heä)

dt
M

(Cho hệ chất điểm)

(1.10a)

(Cho vật rắn)

(1.10b)

─ Phương trình động lực học cho khối tâm C của một hệ chất điểm, được suy
ra từ phương trình (1.10) là
(1.11)
FC  M AC
Trong đó:
N

M   mi là tổng các khối lượng mi của mỗi chất điểm cấu thành hệ, [kg].
i 1

2

AC là gia tốc khối tâm C của hệ, [m/s ].
FC là hợp lực đặt tại khối tâm C của hệ, [N].

─ Bây giờ, dẫn ra phương trình động lực học cho khối tâm C dưới dạng động

lượng mà dựa vào đó dẫn ra định luật bảo toàn động lượng cho khối tâm C, như
cách thức dẫn ra (1.4) từ (1.2). Nếu khối lượng của hệ khơng đổi, được gọi là “hệ
kín” thì từ phương trình (1.11) và (1.8), suy ra:
FC 

d PC
, FC là hợp lực đặt tại khối tâm C của hệ
dt

(1.12)


8

─ Từ đây, nhận thấy rằng: nếu hợp lực tác dụng lên khối tâm C của một hệ chất
điểm bằng khơng , được gọi “hệ cơ lập” thì
(1.13)
PC  Const
Đây là định luật bảo toàn động lượng cho khối tâm C của hệ. Đến đây, chúng ta
sắp đạt được mục tiêu là định luật bảo toàn động lượng cho hệ, nếu lưu ý đến
(1.7) và (1.9) thì phương trình (1.13) được viết lại như sau:
N

 pi  Const hay
i 1

N

m v
i 1

i i

 Const

(1.14)

Phương trình (1.14) được phát biểu như sau: “Trong một hệ kín (khối lượng hệ
khơng đổi) và cô lập (tổng ngoại lực tác dụng lên hệ bằng không), tổng động
lượng của các chất điểm trong hệ không đổi”. Đây chính là định luật bảo tồn
động lượng của một hệ chất điểm, một định luật tổng quát hơn so với cơ học
Newton, đúng cho cả điện tử và các chất điểm dưới nguyên tử thường dễ đạt tốc
độ gần tốc độ của ánh sáng trong chân không.
 Ghi chú: Vì phương trình (1.12) là một phương trình véctơ, tương đương với
ba phương trình vơ hướng theo ba phương của hệ trục tọa độ vng góc, nên lực
tác dụng theo phương nào bằng khơng thì động lượng của hệ chỉ bảo tồn theo
một phương đó và hai phương cịn lại động lượng của hệ khơng được bảo tồn.
1.3.

Các thí dụ va chạm kinh điển

─ Thí dụ 1. Mỗi viên đạn có khối lượng m=3,8g được bắn theo phương nằm ngang
với tốc độ v=1100m/s vào một khối gỗ lớn có khối lượng M=12kg nằm yên trên một
mặt phẳng không ma sát. Nếu khối gỗ nhận tám viên đạn thì tốc độ khối gỗ bằng
bao nhiêu?

Hình 1.1
Giải
 Chọn gốc tọa độ x tại khối tâm khối gỗ khi nằm yên trên mặt phẳng, hướng
dương trục x là chiều chuyển động của viên đạn, xem hình bên.

 Vì lực xuất hiện khi các viên chạm vào khối gỗ là nội lực và khơng có ngoại lực
tác dụng vào hệ nên chúng ta áp dụng phương trình (1.14) cho hệ gồm tám viên đạn
và khối gỗ trong trường hợp chuyển động một chiều theo phương x:
 , với n=8 là số viên đạn ghim vào khối gỗ, D ký hiệu đạn, G ký
npD  pG  pnDG
hiệu khối gỗ.


hay npD  pG  pnDG
 npDx  pGx  pnDGx
 8  mvD   0  8m  M V  , với V’ là vận tốc của khối gỗ chứa tám viên đạn sau khi
chúng đã ghim hết vào.


9

V 





8 3,8.103 kg
8m
vD 
1100m / s   2,8m / s
8m  M
12kg  8  3,8.103 kg





 Vậy tốc độ của khối gỗ sau khi tám viên đạn đã ghim vào nó là 2,8m/s.
─ Thí dụ 2. Một quả pháo đặt trong một quả dừa có khối lượng M nằm yên trên
một mặt sàn không ma sát. Pháo nổ làm quả dừa tách thành ba mảnh trượt trên sàn.
Hình 1.2 (a) nhìn từ trên xuống, mảnh B có khối lượng bằng 0.2M, mảnh C có khối
lượng 0.3M và tốc độ vC  5m / s (dấu nháy cho biết tốc độ của mảnh sau khi nổ).
Hỏi tốc độ của mảnh A và mảnh B bằng bao nhiêu?

Hình 1.2
Giải
 Chọn gốc tọa độ xy tại khối tâm quả dừa khi nằm yên trên mặt sàn, hướng dương
trục x và hướng dương trục y, xem hình bên (b).
 Vì lực xuất hiện khi nổ là nội lực và khơng có ngoại lực tác dụng vào hệ nên
chúng ta áp dụng phương trình (1.14) cho hệ ba chất điểm trong trường hợp chuyển
động hai chiều:
pA  pB  pC  pA  pB  pC


10

o
o

 p Ax  pBx  pCx  pAx  pBx  pCx
0   pA  pB Cos50  pC Cos80


o

o
  pCy

0  0  pB Sin50  pC Sin80
 p Ay  pBy  pCy  pAy  pBy
 pA  pB Cos50o  pC Cos80o  0

o
o
 pB Sin50  pC Sin80  0
o
o

  0,5M  vA   0, 2M  vB Cos50   0,3M  5m / s  Cos80  0

o
o

  0, 2M  vB Sin50   0,3M  5m / s  Sin80  0

  0,5M  vA   0, 2 M  vB  0, 643   0,3M  5m / s  0, 26   0

  0, 2 M  vB  0, 766    0,3M  5m / s  0,985   0
0,5vA  0,129vB  0, 26  0

0,153vB  1, 48  0


0,129  9, 6m / s   0, 26
 3, 0m / s

vA 

0,5

v  1, 48  9, 6m / s
 B 0,153

 Vậy tốc độ của mảnh A là 3,0m/s; tốc độ mảnh B là 9,6m/s.
 Ghi chú:
 Tốc độ sau khi nổ không phụ thuộc vào khối lượng M của quả dừa mà chỉ phụ
thuộc vào tỉ lệ khối lượng các mảnh vỡ của quả dừa.
 Theo phương trình (1.13), khối tâm của quả dừa trước và sau khi nổ là không đổi.
1.4.

Ánh sáng và màu sắc [3]

1.4.1. Hệ thống màu RGB
Nhiều thực nghiệm đã xác định rằng, có thể nhận được gần như tất cả các
màu sắc tồn tại trong thiên nhiên bằng cách trộn 3 chùm ánh sáng màu đỏ , màu
lục và màu lam theo các tỉ lệ xác định. Để giải thích điều này, cho đến nay nhiều
nhà khoa học đã đề ra các thuyết khác nhau về cơ chế cảm thụ màu của mắt
người. trong đó thuyết 3 thành phần cảm thụ màu được công nhận rộng rãi hơn
cả.
Theo thuyết 3 thành phần cảm thụ màu, trên võng mạc tồn tại ba loại phần tử
nhạy cảm với ánh sáng là các tế bào hình chóp. Các loại phần tử này có phản
ứng khác nhau đối với ánh sáng có bước sóng khác nhau .Do đặc điểm của ba
loại tế bào này,nên bất kì màu sắc nào cũng có thể tổng hợp được từ ba màu cơ
bản. Cho đến nay tuy khoa giải phẫu vẫn chưa phat minh được ba loại tế bào
nhạy cảm với ánh sáng có bước sóng khác nhau đó, nhưng quá trình thực
nghiệm lại rất phù hợp với lý thuyết này, nên nó vẫn được sử dụng.

Trong thực tế, tuy ánh sáng đồng thời kích thích ba tế bào hình chóp, nhưng
tùy theo bước sóng,các dạng tế bào hình chóp được kích thích khác nhau. Sự
cảm thụ màu được quyết định bởi mức độ kích thích của các tế bào hình chóp.


11

Giá trị tổng năng lượng kích thích cho cả ba tế bào cho ta cảm giác về độ
sáng,còn tỉ lệ giữa chúng tạo ra cảm giác tính màu.
Sau khi thuyết ba màu ra đời thì giả thuyết là tồn tại một nhóm màu cơ bản.
Nhiều nhà thực nghiệm đã làm nhiều thí nghiệm để chứing minh, ngày nay đã rõ
ràng là khơng phải chỉ tồn tại một nhóm màu cơ bản, mà có thể chọn ba màu bất
kì làm ba màu cơ bản.
Tổ hợp ba màu được xem là ba màu cơ bản khi chúng thỏa mãn yêu cầu: ba
màu đó độc lập tuyến tính. Nghĩa là, trộn hai màu bất kỳ trong ba màu đó trong
điều kiện bất kỳ, theo tỷ lệ bất kỳ đều không thể tạo ra màu thứ ba.
Vấn đề là chọn ba màu nào làm ba mau cơ bản để tổng hợp màu chính xác
hơn và được nhiều màu hơn. Nếu màu cơ bản chỉ có các trị số dương thì số
lượng màu tổng hợp được sẽ bị hạn chế. Ngược lại, nếu các màu cơ bản có cả trị
số âm thì có thể tổng hợp được mọi màu bất kỳ nào.
Đã có nhiều tổ hợp ba màu được đề nghị sử dụng. để tiêu chuẩn hóa việc đo
màu trên thế giới, dựa vào các kết quả thực nghiệm CIE đã quy định ba màu cơ
bản và ngày nay được sử dụng rộng rãi, gọi là hệ so màu R, G, B. Ba màu cơ
bản đó là:
Màu đỏ, ký hiệu bằng chữ R (Red), có bước sóng R  700nm
Màu lục, ký hiệu bằng chữ G (Green), có bước sóng G  546.8nm
Màu lam, ký hiệu bằng chữ B (Blue), có bước sóng B  435.8nm
Mỗi màu cơ bản có một màu phụ tương ứng, mà khi trộn với màu cơ bản của
nó sẽ tạo ra màu trắng. Màu phụ của màu đỏ là màu lơ, màu phụ của màu lục là
màu mận chín và màu phụ của màu lam là màu vàng.

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu của các cơng trình nghiên cứu về trộn ba
màu cơ bản, nhà toán học người Đức H.Grasman đã phát biểu ba định luất về
trộn màu như sau:
Định luật thứ nhất: “Bất kỳ một màu sắc nào cũng có thể tạo được bằng cách
trộn ba màu cơ bản độc lập tuyến tính đối với nhau”. Định luật này thu được từ
phương trình:
S  aS1  bS 2  cS 3 (1.16)
khi thay đổi công suất các nguồn bức xạ mà giữ nguyên tỉ lệ công suất giữa
các bức xạ chuẩn đó thì màu tạo ra bằng cách trộn sẽ khơng thay đổi sắc độ, chỉ
có sự thay đổi về công suất của màu tổng hợp mà thôi. Vậy tỷ lệ R:G:B quyết
định về chất và độ lớn R, G, B quyết định về lượng của màu tổng hợp S. Sự biến
đổi liên tục tỷ lệ R:G:B sẽ tạo nên sự biến đổi liên tục sắc độ của bức xạ tổng
hợp.
Từ những nhận xét trên, Grasman đưa ra định luật thứ hai về trộn màu: “Sự
biến đổi liên tục của các bức xạ có thể tạo nên màu khác”. Nói cách khác: “Sự
biến đổi liên tục của các hệ số công suất của các màu cơ bản sẽ dẫn đến sự biến
đổi liên tục của màu sắc tổng hợp, nó chuyển từ màu này sang màu khác”.


12

Nếu hai màu S1, S2 có các thành phần như sau:

S1  R1 ( R)  G1 (G)  B1 ( B)
S 2  R2 ( R)  G21 (G)  B2 ( B)

(1.17)

hai màu đó được trộn lại để thành màu S3 thì các thành phần của S3 sẽ là:
S 3  S1  S 2  ( R1  R2 )( R)  (G1  G2 )(G)  ( B1  B2 )( B) (1.18)

Như vậy, các thành phần của màu hỗn hợp bằng tổng các thành phần của
màu được cộng. mắt người được coi có đặc tính tuyến tính, thực hiện được
phương pháp xếp chồng để xác định màu sắc hỗn hợp. Đó là kết luận rút ra từ
định luật thứ ba của Grasman: “Màu sắc tổng hợp của một số bức xạ không phải
được xác định bởi đặc tính phổ của các bức xạ được trộn mà được xác định bởi
màu sắc thành phần của các bức xạ đó”. Nói cách khác: “Để xác định màu sắc
của bức xạ tổng hợp, phải xác định được thành phần các màu sắc cơ bản của các
bức xạ được trộn”.
1.4.2. Hệ thống màu HSI
Khơng gian màu RGB có hạn chế lớn nhất là không phù hợp với cách con
người cảm nhận về màu sắc. Do đó, khơng phù hợp với việc nhận dạng màu sắc.
Hệ thống màu HSI mã hóa thơng tin màu sắc bằng cách chia giá trị Intensity
I từ hai giá trị được mã hóa thuộc về độ hội tụ của màu: Hue – H và Saturation –
S.
Không gian màu HSI gồm ba thành phần: Hue được định nghĩa có giá trị
trong khoảng 0  2 , mang thơng tin về màu sắc. Saturation có giá trị 0  1 ,
mang giá trị về độ thuần khiết của thành phần Hue. Intensity mang thông tin về
độ sáng của điểm ảnh. Ta có thể hình dung khơng gian màu HSI như là vật hình
nón. Với trục chính biểu diễn cường độ sáng Intensity. Khoảng cách đến trục
biểu thị độ tập trung Saturation. Góc quanh trục biểu thị cho sắc màu Hue.
Hệ thống màu HSI có sự phân chia rõ rệt giữa ánh sáng và màu sắc. Do đó
có khả năng rất lớn cho việc so sánh màu sắc.
Công thức chuyển đổi từ không gian màu RGB sang không gian màu HSI
như sau:

1
I  ( R  G  B)
3
3
(1.19)

S  1
 min( R, G, B)
RG  B
1

( R  G )  ( R  B) 
1 
2
H  cos 
1/ 2 
2
 ( R  G )  ( R  B )(G  B )  




13

1.5.

Các hệ thống nghiệm định luật bảo tồn động lƣợng

Hình 1.3 Bộ sản phẩm thanh ray trượt đệm khơng khí hãng Phywe Đức. [4]

Hình 1.4 Bộ sản phẩm thanh ray trượt hãng Phywe Hàn Quốc. [5]


14

Hinh 1.5 Bộ sản phẩm thanh ray trượt hãng Pasco của Mỹ. [6]

Hình 1.6 Một buổi thí nghiệm vẽ đồ thị về mối liên hệ giữa vị trí, vận tốc, gia tốc
của một động tử trên băng đệm khí và hiển thị trên màn hình máy vi tính [7].


15

CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ
BÀN LUẬN
2.1.

Dụng cụ và thiết bị

 Băng đệm khí

Hình 2.1 Thanh đệm khí giúp giảm ma sát khi các động tử trượt trên nó
 Các động tử

Hình 2.2 Hai động tử
Đo vận tốc bằng thì kế

Thì kế

Cờ

Hình 4 Thì kế, cờ và cảm biến

Cảm
biến

16

Khi cờ (kích thước 100mm) gắn trên động tử chạy ngang qua cảm biến, thời
gian được thì kế ghi lại. Từ đó, ta tính được vận tốc của động tử và động lượng của
nó. Do đó, tại một thời điểm một thì kế chỉ đo được động lượng của một động tử.
Trong phương pháp mới, chúng tôi dùng một webcam và hai cờ gắn trên hai
động tử, một màu đỏ, một màu xanh ghi lại quá trình chuyển động. Từ đó, tính được
động lượng của cả hai động tử trước và sau va chạm.
 Máy tính và webcam

Hình 2.3 Máy tính chứa chương trình đo động lượng

Hình 2.4 Webcam ghi lại hình ảnh các động tử


17

Hình 2.5 Tồn cảnh bộ thí nghiệm
2.2.

Xây dựng thuật tốn cho chƣơng trình

Động lượng được định nghĩa là khối lượng nhân với vận tốc. Khối lượng của các
động tử được cân đo trước. Như vậy để xác định động lượng các động tử ta cần xác
định được vận tốc của chúng.
Xác định vị trí của các động tử bằng phương pháp nhận dạng màu. Động tử 1 có
màu đỏ, động tử 2 màu xanh. Chương trình định thời mỗi 100ms sẽ cập nhật lại vị
trí của các động tử. Phát hiện có sự va chạm xảy ra bằng cách so sánh vị trí hiện tại
với vị trí liền trước, nếu có sự đổi dấu tức là đã xảy ra va chạm.

1

2

3

4

5

5

4

Động tử 1

3

2

1
Động tử 2

6

6

Hình 2.6 Sơ đồ mơ tả phương pháp

18

Như vậy, vận tốc và động lượng của các động tử trước và sau va chạm được xác
định như sau. Với n là số khoảng thời gian định thời.
Vị trí hiện tại – Vị trí đầu tiên
Vận tốc trước va chạm =
n . 100ms
Động lượng trước va chạm = khối lượng của động tử . vận tốc trước va chạm
Vị trí hiện tại – Vị trí đầu tiên
Vận tốc sau va chạm =
n . 100ms
Động lượng sau va chạm = khối lượng của động tử . vận tốc sau va chạm


19

Lưu đồ giải thuật:

Start
Khởi động bộ đếm n
Xác định vị trí đầu tiên của động tử
Vị trí hiện tại = Vị trí đầu tiên
Delay 100ms
Xác định vị trí kế tiếp

Tăng bộ đếm n

So sánh vị trí kế tiếp với vị trí
hiện tại xem đã va chạm chưa

Cập nhật: Vị trí hiện
tại = Vị trí kế tiếp

No

Yes
Tính:
- Vận tốc trước va chạm
- Động lượng trước va chạm
Cập nhật: Vị trí đầu tiên = Vị trí kế tiếp
Cập nhật: Vị trí hiện tại = Vị trí kế tiếp
Khởi động lại bộ đếm n
Tăng bộ đếm n

Delay 100ms

Xét xem vị trí kế
tiếp bằng 0 chưa

Yes
Hiển thị kế quả

Stop

Tính:
- Vận tốc trước va chạm
- Động lượng trước va chạm

No

Cập nhật: Vị trí hiện
tại = Vị trí kế tiếp


20

2.3.

Visual studio 2010

 Thiết kế giao diện dạng hộp thoại (dialog)
 Mở project chọn loại dialog
 Mở Resource view: View\Resource view
 Mở file IDD_PROJECTNAME_DIALOG và sử dụng các công cụ trong tab
Toolbox.

Hình 2.7
 Khai báo biến tồn cục và cục bộ
 Các biến cục bộ được khai báo trong thân chương trình (file
ProjectnameDlg.cpp) nơi biến được sử dụng.
 Các biến tồn cục thường có tiếp đầu ngữ là “m_” phải được khai báo trong
phần “public” trong file ProjectnameDlg.h.
(Xem phụ lục)