Зачем нужна скоростная цифровая камера

28.09.2001
В Японии создана самая "скорострельная" видеокамера. Японские учёные объявили о создании самой "скорострельной" видеокамеры в мире с частотой съёмки миллион кадров в секунду. Над созданием чудо-техники работала международная команда специалистов из пяти институтов и компаний, включая крупный японский Университет Кинки и немецкую корпорацию "Филипс электроникс". По их словам, эффект столь высокой скорости восприятия видеоряда достигнут благодаря тому, что для записи изображения используется до сотни светочувствительных матриц, в то время, как обычные видеокамеры оснащены только одной и поэтому могут запечатлевать в среднем 30 кадров в секунду. Учёные говорят, что их достижение еще далеко от совершенства - пока картинка получается лишь в чёрно-белом виде и длится всего 10 секунд. После завершения разработок такие устройства планируют использовать для изучения быстротекущих процессов. Для наглядности в Университете Кинки была продемонстрирована замедленная съёмка распыления воды из пульверизатора - на экране были чётко видны мельчайшие частицы влаги.

24.04.2003 12:08:00
Исследователи из института невроинформатики (Цюрихский университет) опубликовали результаты многолетней работы, посвященной технике полета мух.
Используя современные цифровые видеокамеры, позволяющие делать до 5 тысяч кадров в секунду, учёные убедительно доказали, что муха не может парить за счёт своего малого веса, а летает и маневрирует исключительно в результате быстрого движения крыльев.
Следует отметить, что большинство учёных, исследовавших ранее полет мух, также склонялись к тому, что их "подопечные" не в состоянии парить, как это умеют птицы или ряд крылатых насекомых.

Футбол 2003
Исследователи снимали на пленку футболистов, наносящих удары мячом по цели. Для съёмки футболистов, бьющих по мячу, соответствующему официальным стандартам ФИДЕ, использовалась скоростная камера, делающая 4,5 тыс. кадров в секунду.
На компьютерных моделях было видно, что после удара по центру мяч полетит почти по прямой и немного опустится, оказавшись почти у цели. Если удар сместить относительно центра, у цели мяч отклонится, но скорость при таком ударе теряется. Мяч надо отправлять в полет под более острым углом, но время полёта в результате существенно увеличится, утверждают учёные, работающие в области спортивной инженерии.
Хорошая новость для вратаря: отклонение мяча замедляет его движение на 30 процентов. Есть и плохая новость: если удар нанесен правильно, у вратаря, чтобы среагировать, всё равно будет не больше 1,6 секунды.

Голубые струи:
Недавно были открыты два новых типа молний: красные призраки и голубые струи. Эти атмосферные разряды формируются очень высоко в земной атмосфере, намного выше, чем слои, где появляются обычные молнии. Голубые струи образуются, начиная от верхушек облаков и до высот порядка 50 километров. Поскольку продолжительность голубых струй составляет всего лишь секунду, их можно заснять скоростной видеокамерой. Голубые струи выглядят в виде узких конусов, перемещающихся в пространстве со скоростью 100 км/сек. Существование голубых струй было предсказано ранее, но только в 1994 году, пролетая в самолете со скоростной видеоаппаратурой над большой грозой, учёным удалось заснять это потрясающее зрелище. Природа голубых струй и причины, их вызывающие, учёным также неизвестны.

НАЙДЕН РЕЦЕПТ КИДАНИЯ КАМУШКОВ
Хотите научиться идеально кидать камешки в воду? Группа французских исследователей выяснила, как это нужно делать, используя собственную машину для кидания камней. Моторизованная катапульта пуляла алюминиевыми дисками наполненный водой бассейн. Скоростные видеокамеры регистрировали момент столкновения, который обычно продолжается менее сотой доли секунды. Меняя угол броска, скорость и вращение своих снарядов, Кристоф Клане и его коллеги из Исследовательского института явлений отклонения от равновесия смогли составить формулу победы. Для того, чтобы добиться максимального числа отскакиваний, угол между вращающимся камнем и водой должен быть около 20 градусов. «Это магическое число», - говорит Клане.
Вращение, скорость и форма тоже имеют значение. С большей вероятностью камень отпрыгивает, если он вращается – вращение стабилизирует объект и мешает ему упасть в воду. Быстро летящие камни отскакивают с большей вероятностью, чем нерасторопные. Пятисантиметровый диск, приближающийся к воде под магическим углом, должен двигаться со скоростью более 2,5 метров в секунду, чтобы избежать погружения. Плоские круглые диски идеальны для метаний – большая поверхность позволяет им отскакивать при столкновении.

Робот способный передвигаться по поверхности воды
Американские ученые разработали робота-насекомое, которое способно передвигаться по поверхности воды. Тем самым группа учёных Массачусетского Института Технологий (MIT) в США протестировала теорию о том, как этот трюк выходит у некоторых насекомых в природе. То, что эти насекомые не тонут, легко объяснялось поверхностным натяжением воды, но как им удаётся перемещаться по поверхности, всегда оставалось загадкой. Проведенное наблюдение за водными потоками путем их окраски и использования скоростной камеры позволило установить, как насекомое движется по поверхности, не повреждая её. Гребки оставляют после себя микро-водовороты под каждой ногой, которые и способствуют продвижению вперед.

Научные исследования в биомеханике спорта
Научные исследования в биомеханике спорта постоянно нацелены на поиск путей повышения спортивной работоспособности за счёт повышения эффективности прилагаемых мышечных усилий для осуществления движений. В настоящее время НОК США располагает специалистами в области спортивной биомеханики, работающими в ведущих университетах США и изучающих образцы техники спортсменов высокой квалификации - представителей различных видов спорта. Эти исследователи имеют в своем распоряжении большой арсенал современного технологического оборудования для регистрации и анализа движений человека, включая высокоскоростные видеокамеры, тесно связанные с компьютером для обеспечения почти мгновенного анализа. Одним из главных направлений в современных биомеханических исследованиях является разработка особой спортивной техники для того, чтобы вырабатываемая спортсменом энергия наиболее эффективно трансформировалась в его двигательную функцию. Анализ механических усилий рук пловца и гребца, взаимосвязи движений ног и рук у лыжника-гонщика, старта легкоатлета-спринтера, последовательности движений ног и рук у прыгуна в высоту во время выполнения прыжка - вот только несколько примеров исследований, которые могут способствовать становлению более эффективной техники спортивных упражнений. Так, например, положение кисти и предплечья у пловца в различные фазы гребка анализируется для того, чтобы обеспечить наиболее эффективную площадь поверхности и угла во время гребка. Это позволяет максимально использовать прилагаемую силу и обеспечить оптимальный подъёмный эффект. Многие из такого рода полученных данных приемлемы для всех спортсменов, однако одно из преимуществ современного компьютерного анализа состоит в том, что эти данные могут быть адаптированы к отдельным спортсменам. В настоящее время индивидуальный биомеханический анализ техники производится преимущественно у спортсменов высокого класса, но со временем он может быть использован и при работе с менее квалифицированными спортсменами.

Авто
"Дождевую" шину "РейнСпорт 1" проектировали с чистого листа. Вначале протектор просчитали на компьютере методом конечных элементов, затем опытные образцы шин отправили на полигон, где под толстым стеклом, вмонтированным в бетон трассы, была установлена высокоскоростная видеокамера. Изображения пятна контакта на мокрой и сухой трассах, в поворотах, при торможении и разгоне анализировали на компьютере, вводили коррективы. Так родился запоминающийся W-образный рисунок протектора, эффективно удаляющий воду. Боковые шашки под некоторым углом - при повороте автомобиля из-за увода шины они окажутся параллельны приложенным силам, что благоприятно скажется на управляемости автомобиля.

Пружина предотвращает повреждения (17.03.2003)
Команда исследователей создала компьютерную модель прибора, который поможет предотвратить повреждения при автомобильных авариях. Прибор, свертывающаяся пружина, расположенная между сиденьем и панелью перекрытия автомобиля, получает основной удар во время аварии.
Профессор Ричард Джентл, глава группы биомеханических исследований Трентского университета (Ноттингем), работал над созданием прибора пять лет. Исследователи использовали данные экспериментов, проведенных в Швейцарии и Нидерландах. В ходе экспериментов тележки, двигавшиеся со скоростью 24 километра в час, врезались в специальные буферы. В закреплённых на тележках автомобильных сиденьях находились добровольцы. Высокоскоростные камеры фиксировали движение маркеров на теле добровольцев в момент столкновения. Профессор Джентил говорит: «Благодаря этому мы можем измерять нагрузку на связки шеи в момент столкновения».

Майами: молнии нанесли на карту (23.03.2003, КМ.RU)
Молнии избегают океанов, но любят Флориду. С большой вероятностью они попадают в Гималаи, но ещё чаще – в центральную Африку. И при этом почти никогда – в Северный и Южный полюса. Эти и им подобные закономерности выявили ученые из Национального центра космических исследований и технологий. Они впервые смогли нанести на карту глобальное распределение молний, отметить его вариации как функцию широты, долготы и времени года. Это стало возможным благодаря двум спутниковым приборам – Оптическому временному детектору и Молниевому сенсору. Они используют высокоскоростные камеры для наблюдения за изменениями в верхней части облаков, которые не может видеть человеческий глаз, поскольку они видны в ближних инфракрасных лучах. Использование спутниковых приборов позволило исследователям впервые изучить активность молний в планетарном масштабе. Ученые выявили, что хотя молнии часты во Флориде и Гималаях, самым излюбленным ими местом является центральная Африка, где грозы бывают круглый год. Также было обнаружено, что в северном полушарии грозы чаще всего случаются в летние месяцы, а в непосредственной близости от экватора – весной и осенью. В таких областях, как Арктика и Антарктика, грозы – чрезвычайная редкость, и там практически не бывает молний. Ученые также не выявили признаков существенного влияния человеческой деятельности на молнии. Некоторые исследователи предполагали, что высотные здания и металлические башни могли вызвать увеличение частоты ударов молнии в тех местах. Но, как говорят авторы последнего исследования "молнии предпочитают добираться до земли по своим собственным каналам".

Динамика распространения трещин
Экспериментально динамика распространения трещины изучалась на образцах из полиметилакрилата с использованием скоростной видеокамеры. Результаты экспериментов подтвердили пороговый характер перехода от режима прямолинейного распространения трещины к ветвящемуся при достижении критической скорости, а также определяющую роль нелинейной кинетики накопления микротрещин в зоне, примыкающей к вершине трещины. Использование метода фотоупругости в сочетании с высокоскоростной видеосъёмкой позволило установить волновой характер поля напряжений при движении трещины с выраженным нарушением радиальной симметрии в распределении волн напряжений (эффект Допплера), соответствие качественных картин рельефа поверхности излома режимам нелинейной динамики трещин. (Письма в ЖТФ, 2000,т.26, вып.6)