Osnova předmětu

Úloha č. 4 - Měření gravitační konstanty a tíhového zrychlení

Návod k úloze

Měření gravitační konstanty

Vzdálené měření

Část úlohy věnované gravitační konstantě je realizována jako vzdálené měření pomocí IP kamery, jejíž výstup pozorujeme na počítači pomocí VLC playeru. Měření lze provést v době praktika, případně v nočních hodinách z domu. V praktiku je počítač nastaven, uvedený popis níže slouží pro kontrolu, nebo pro nastavení počítače doma.

fp1_04-cavendish.mp4

Pro měření je třeba udělat:

Zarezervovat si čas pro osobní přístup k IP kameře v kalendáři Google níže.
Na počítači mimo síť MU je potřeba se připojit do sítě MUNI pomocí OpenVPN.
Nainstalovat si na počítač program VLC player a nastavit ho podle návodu.
V zarezervovaný čas se připojit ke kameře pomocí VLC playeru a provést experimenty podle návodu k úloze. Shromažďovat obrazová data pro následnou analýzu.
Vyhodnotit obrazová data v programu Cavendish (a v případě neúspěchu postup zopakovat :).
Odhlásit se z měření (na stránce kamery klikneme na tlačítko Opustit vedle tlačítka k přesunu koulí).

1. Rezervace času na IP kameře

Každý student si může rezervovat 1 x 90 minut, klidně i v noci. Do kalendáře vždy vyznačte jako název události svoje jméno a do závorky připište (U4).

2. Instalace OpenVPN pro práci z domova

Postup, jak se připojit do sítě MUNI z domova, je pěkně popsán na stránce

https://it.muni.cz/sluzby/vpn/navody/konfigurace-vpn-windows

Nainstalovaná OpenVPN na vašem počítači se Vám bude hodit, až budete chtít z domova používat elektronické zdroje a programy, které má univerzita zaplacené. Ke kameře se ale musíte příhlásit přes síť VPN SCI, která má profily ke stažení zde:

https://it.muni.cz/media/3400943/muni-sci-windows.ovpn

https://it.muni.cz/media/3404280/muni-sci-linux.ovpn

3. Instalace a nastavení VLC playeru

Na svůj počítač nainstalujeme program VLC player. Ten nejprve nastavíme podle fotogalerií níže tak, aby každých 10 sekund pořizoval z videostreamu snímek. V menu Nástroje - Nastavení zvolíme možnost Vše, zapneme ve filtrech tzv. Scene filter a filtr nastavíme podle obrázku níže. Do složky pro snímky musíme mít oprávnění zapisovat. Poté otevřeme stream z kamery. Pokud vše proběhlo správně, každých 10 sekund se nám do složky uloží snímek.

Pokud nechceme, aby se takto snímkoval každý film, co si ve VLC playeru pustíme, a přepsal nám data z měření, po skončení práce s kamerou scene filtr zase vypneme :).

Najdeme pokročilá nastavení

V menu Nástroje - Nastavení zvolíme možnost Vše.

4. Měření

Připúojíme se přes VPN do sítě MUNI. V programu VLC player otevřeme podle posledního obrázku z galerie výše stream z kamery na adrese:

rtsp://webcamfp1.physics.muni.cz/h264

Pokud jsme přehrávač správně nastavili, začínají se nám ukládát snímky ze streamu. Přesun koulí do opačné polohy, případně změnu zvětšení obrazu či jeho zaostření provedeme z prohlížeče na webových stránkách kamery:

http://webcamfp1.physics.muni.cz/

U obou přístupů potřebujete zadat přístupové jméno a heslo:

Chyba: Odkazovaný objekt neexistuje nebo nemáte právo jej číst.

https://is.muni.cz/el/sci/jaro2024/F2180/dist/04/pristupove_udaje_kamera.txt

Přibližně lze říci, že bychom měli zaznamenat aspoň 15-20 minut polohu stopy laseru s jednou pozicí vnějších velkých koulí, pak vnější koule přetočit a zaznamenat opět 15-20 minut. Během přetáčení koulí je užitečné mít záznam streamu stále spuštěn. Mezi oběma měřeními nesmíme u kamery měnit zoom a ani obraz přeostřovat. Přetočení koulí trvá asi 3,5 minuty. Pokud se po stisknutí tlačítka k přesunutí koulí nic neděje, zkuste se odhlásit a prohlížeč znovu spustit.

Pokud před přetočením oscilátor nekmital, je vhodné koule přetočit zpět a změřit ještě jednou původní polohu. (Každé kliknutí na červené tlačítko způsobí přetočení koulí vždy na opačnou stranu).

Pozor, opakované spouštění streamu ve VLC playeru přepisuje starší soubory ve složce.

IP-kamera-navod.png

5. Zpracování obrazových dat

Vodorovnou polohu stopy laseru ve snímcích z kamery (v pixelech) zjistíme buď ve stovkách snímků ručně, anebo využijeme program Cavendish (či jiný obdobný program). Použití programu popisuje video výše.

Program Cavendish pro analýzu obrazových dat

Pokud program nastavíme správně, při dvou přetočení koulí (tam a zpět) by výsledek měl vypadat přibližně takto

Analyza.png

K převodu polohy laserové stopy z jednotek pixelů na kupř. metry využijte libovolný snímek s měřítkem a IrfanView. V něm odečtete souřadnice koncových bodů měřítka a Pythagorovou větou stanovíte délku měřítka v pixelech. Měřítko má skutečnou délku 500 mm.

Vzdálenost protější stěny od oscilátoru L = (5280 ± 3) mm.