Technologie

Motion Shot friert Bewegungen ein

25.01.2019 - Mit der App Motion Shot lassen sich ganz einfach Stroboskop- und Serienfotos erstellen und Bewegungen qualitativ analysieren.

Jahrhundertelang war die Frage ungeklärt, ob während des Galoppierens alle vier Hufen eines Pferdes irgendwann zeitgleich in der Luft sind. Erst Eadweard Muybridge klärte diese Frage, indem er ein System zur Hochgeschwindigkeitsfotografie entwickelte. Seine Fotos sind heute weltberühmt.

Bis vor einigen Jahren war es noch sehr aufwändig, solche Bilder selbst herzustellen. Jetzt geht das ganz einfach mit Smartphones oder Tablets. Die frei für Android und iOS verfügbare App Motion Shot erzeugt Serien- und Stroboskopaufnahmen. So lässt sich die Bewegung eines Objektes in einem Bild festhalten. Dazu werden die Einzelbilder aus einem Videofilm von der App in einem Bild kombiniert.

Das Ganze geschieht in drei einfachen Schritten: Video aufnehmen, editieren und speichern. Vor der Aufnahme empfiehlt es sich, zunächst durch Tippen auf den Screen auf das gewünschte Objekt zu fokussieren. Drückt man auf das Aufnahme-Icon, so startet die Aufnahme. Sie endet automatisch nach acht Sekunden. Falls man sie früher beenden möchte, kann man ein zweites Mal auf das Aufnahme-Icon drücken. Nach der Aufnahme analysiert die App das Video. Dabei entsteht eine erste Stroboskopaufnahme. Diese waren neben ihrer Ästhetik schon immer ein Teil der Lehre in der Physik, weil sie auch anschaulich eine sehr gute Beschreibung einer Bewegung ermöglichen.

Die erstellte Aufnahme lässt sich weiter bearbeiten, zum Beispiel indem man die Zeitintervalle zwischen zwei ausgewählten Einzelbildern verändert. Dazu bewegt man den seitlichen Schieberegler und sieht sofort den Effekt (Abbildung 1). Man kann auch einstellen, ob die Bilder im Verlauf der Zeit ein- oder ausgeblendet oder ob alle Teilbilder voll dargestellt werden sollen. Außerdem lässt sich ein Ausschnitt des Videos mit dem Schieberegler unten in der App auswählen. Es ist zudem möglich, neben den (voreingestellten) Stroboskopaufnahmen auch Serienaufnahmen mit Streifen oder mit Einzelbildern zu erstellen und im Fotoordner abzulegen.

Aus physikalischer Sicht gibt es eine Vielzahl von Anwendungen. So lässt sich beispielsweise sehr anachaulich das dritte Newtonsche Gesetz verdeutlichen. Hierzu spannt man zwischen zwei Wagen eine Feder. Lässt man los, so fahren sie auseinander. Auf den Wagen sollten zur Verdeutlichung Markierungen angebracht werden. Man kann dieses Experiment nun unterschiedlich variieren, indem man unterschiedlich schwere Züge verwendet.

Man kann auch versuchen, quantitative Aussagen vorzunehmen. Dazu benötigt man einen Kalibrierungsmaßstab im Bild sowie die genaue Zeit zwischen zwei Aufnahmen. Letztere lässt sich direkt in der App ablesen: Dazu stellt man die Zeitleiste auf einen kleineren Bereich als den gesamten Film ein, indem man zum Beispiel den rechten Endpunkt etwas nach links schiebt. Dann kann man durch Verschieben des mittleren grünen Punktes der Zeitleiste durch den Film scrollen. Die Zeiten sind links neben der Zeitleiste angegeben. Nach unserer Erfahrung sind die Zeitabstände aber immer leicht unterschiedlich, sodass die Messung nicht sehr genau ist.

Ein weiteres schönes Beispiel ist die Analyse eines Federpendels (Abbildung 2). Aus der Streifendarstellung lässt sich ein Auslenkungs-Zeit-Diagramm ermitteln. Man sieht deutlich, dass sich die Bewegung des Federpendels mathematisch durch eine Sinusfunktion beschreiben lässt. Um ein solches Bild zu erhalten, muss die Bewegung am linken Bildrand ablaufen. Man erhält dann (maximal) acht Fotos der Bewegung in Spalten. Diese sind nach gleichen Zeitabständen gewählt.
Für die App gibt es eine Vielzahl von Anwendungsbereichen, wie zweidimensionale Bewegungen, Bewegungen mehrerer Objekte und natürlich Aufnahmen von alltäglichen Bewegungen und im Sport.

Lana Ivanjek, Martin Hopf, Uni Wien; Thomas Wilhelm, Uni Frankfurt

Dieser Artikel ist in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen. Den vollständigen, umfangreicheren Artikel finden Sie hier zum freien Download.

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