Come misurare la velocità media di un asta

 propulsa da un fucile subacqueo.

 (Tutorial di balistica subacquea)

Premessa

Per misurare la velocità di un’asta propulsa da un fucile subacqueo, Dapiran ha utilizzato una vasca con un lato trasparente ed una telecamera ad alta velocità per effettuare le misurazioni spazio/tempo e ricavare le varie velocità istantanee.

Altro sistema proposto è stato quello di un sensore ottico, in grado di trasformare impulsi ottici in onde grafiche poi analizzate da un computer (metodo Brummer).

Un ulteriore sistema utilizzzato è stato quello di collegare il grilletto ed il bersaglio rispettivamente ad uno starter ed uno stopper di un cronometro millesimale collegato  in modo da avere il tempo (in millesimi di secondo) che intercorre tra il rilascio dell’asta ed il momento in cui questa colpisce il bersaglio .

Questi sistemi richiedono apparecchiature dedicate  ed una certa spesa da affrontare che va da  qualche centinaio di euro anche a qualche migliaio.

Sono partito dal presupposto che molti pescatori subacquei hanno a disposizione delle normali telecamare subacquee per effettuare riprese di caccia subacquea.

L’utilizzo di tali apparecchi ai fini della misura della velocità dell’asta è sempre stato considerato del tutto improprio a causa della bassa velocità di ripresa ( nella migliore delle ipotesi 30 frame/secondo).

Velocità così basse, comportano grossi errori di calcolo in relazione alle piccole distanze ( 4 - 5 metri massimo) su cui effettuare la misura della velocità.

La gittata di 4-5 metri viene “coperta” con soli 2-4 frames e per tale motivo la misurazione comporterebbe errori grossolani tali da rende del tutto inattendibile le misurazione effettuate.

 Eppure penso che  esiste un metodo semplicissimo ed affidabile ( fino al millesimo di secondo ed oltre ) per usare tali apparecchi ai fini della misurazione della velocità dell’asta.

 Semplice ..... molto semplice : il così detto uovo di Colombo.

 Quando noi riprendiamo un tiro subacqueo con una normale videocamera, acquisiamo due tipi di informazioni: il segnale Video ( inutilizzabile ai fini della misurazione, come dicevo poc’anzi)   ed il segnale Audio.

I più perspicaci, penso, hanno già capito quello che voglio dire.

Mentre il segnale video viene ripreso ad un frequenza 30 frame/secondo,  il segnale audio di un normale camcoder ha una frequenza di 32.000 Hz ( che può anche arrivare a 44.100 o 48.000 ), ossia viene “catturato”  32.000 volte in un secondo.

Il gioco è fatto !!!!!!!  Anzichè usare il segnale video, basta usare quello audio.

Tutto ciò che occorre è sapere quando il fucile spara (che coincide con l’inizio del rumore di sparo)  e quando l’asta colpisce il bersaglio ad una data distanza ( cioè quando il microfono della cam registra il “click” su un bersaglio.

Utilizzando dei banali software per audio/video editor ( ne esistono moltissimi anche  freeware ) si analizza la curva audio, opportunamnte rallentata e /o zoomata si calcola il tempo intercoso tra i due rumori.

A questo punto, conoscendo la distanza di tiro il calcolo è automatico:

Velocità media = Spazio /Tempo

Ossia:

Velocità media = Distanza asta-bersaglio / tempo intercorso tra i due rumori

 In alternativa al metodo che prevede l'impatto su un bersaglio ho usato anche  un semplice metodo di tiri a libero in cui il secondo rumore di riferimento è rappresentato dal filo che viene strattonato dal mulinello a fine corsa.

Troverete un'ampia descrizione ed applicazione dei due metodi in questo mio articolo esplicativo che studia le caratteristiche balistiche del mio Kopis 86.

TUTORIAL

Le uniche cose che servono per calcolare la velocità media di un'asta per una determinata distanza è una traccia audio del tiro contro un bersaglio.

Avremo così due suoni distinti:  il primo corrisponde alla partenza dell'asta, il secondo all'arrivo dell'asta sul bersaglio.

La traccia audio può essere ottenuta con un registratore o può essere estratta dal filmato di un camcoder.

Come estrarre la traccia audio dal filmato:

I  camcoder registrano di solito in formato DV ( file .avi ) o simil DVD (file  .mpeg).

Per estrarre la traccia audio si può usare un programma freeware come audioextractor ( download ) .

Una volta installato il programmino, basta aprire il file video con audioextractor e premere start ( possiamo anche scegliere la frequenza ( in genere 44100 o 48000), il tipo di file ( se mp3 o wav) ed il bitrate   (preferibile dai 128 in su).

A questo punto abbiamo a disposizione la traccia audio.

Ecco qui un esempio in formato mp3: Download esempio

Passiamo ora all'analisi dell'onda grafica per ottenere i dati che ci interessano.

A tal fine dobbiamo aprire il file ottenuto con un software freeware di audioediting come Audacity (download) 

Una volta aperto il file avremo a disposizione l'onda su cui si possono visualizzare i punti corrispondenti alla partenza dell'asta ( in genere più facilmente riconoscibile ) e di impatto sul bersaglio ( in genere di ampiezza minore ) .

Per rendere maggiormente visibile l'inizio dell'onda dell'impatto dell'asta si possono usare degli stratagemmi come posizionare la cam a metà strada tra fucile e bersaglio, oppure usare dei bersagli che producono un bel rumore. Poi si può agire anche via software zoomando o aumentando l'ampiezza dell'onda.

Una volta visualizzata l'onda, basta selezionare in modo preciso l'inzio delle due onde rilevate ed il programma ci darà la durata esatta  dell'onda in millesimi di secondo.

Se si utilizzano funzioni di rallentamento della velocità di riproduzione del suono, bisognerà solo ricordarsi di riportare i valori ottenuti ai valori reali a seconda del fattore di rallentamento usato.

Questa la curva del nostro esempio:

Ritagliamo il punto corrispondente ai due rumori che ci interessano ( Selezioniamo e cancelliamo cosa non ci interessa prima e dopo i rumori ):

Zoommiamo diverse volte la parte che ci interessa fino a distinguere bene l'inizio delle due onde:

Scegliamo come formato di selezione i secondi:

A questo punto è sufficiente selezionare la parte di curva compresa tra l'inizio delle due onde ed il programma ci restituisce il valore esatto dell'intervallo di tempo intercorso:

Nel caso in questione avremo un valore di 0,232370 secondi ( valore preciso al milionesimo di secondo : forse un pò troppo !!!!!!!!    :-)  approssimiamolo a 0,232   )

Infine conoscendo la distanza esatta tra punta dell'asta e bersaglio possiamo calcolare la velocità media per quella distanza, semplicemente dividendo lo spazio per il tempo intercorso ( Velocità=Spazio/Tempo):

ad esempio  avremo per 4 diverse distanze con lo stesso intervallo di tempo:

4 metri / 0,232 secondi  = 17,24 m/s

4,5 metri / 0,232 secondi  = 19,39 m/s

5 metri / 0,232 secondi  = 21,55 m/s

5,5 metri / 0,232 secondi  = 23,70 m/s

Come si vede dai semplici dati riportati sopra ( questo è un punto su cui vale la pena soffermarsi), possiamo avere grandi variazioni di velocità in soli 1,5 metri di differenza per uno stesso intervallo di tempo.

Da ciò si evince che anche pochi dm di differenza possono dare risultati notevolmente diversi nella misurazione della velocità media.

Considerando che la misurazione esatta dello spazio tra punta asta e bersaglio può essere effettuato con un banale metro, possiamo avere dei dati perfettamente attendibili sia per lo spazio percorso che per il tempo.

Forse per la prima volta abbiamo uno strumento semplice, alla portata di tutti, affidabile, riproducibile, a costo zero per la misurazione della velocità delle aste.

In questo mio video faccio vedere come è semplice effettuare le misurazioni:

Cosa dire !!!!!!!!!

Non sempre le misurazioni fatte " ad orecchio " sono  misurazioni fatte a minchi@ !!!!!!

;-)