手机慢动作测 g
用一段 240fps 视频和一把尺子,量出重力加速度。
| 需要 | 手机(支持慢动作/高帧率)、米尺、胶带、一个能重复下落的小物体(硬币、橡皮) |
| 时间 | 30 分钟 |
| 花费 | ¥0 |
| 难度 | ★☆☆ |
| 验收 | 算出的 g 落在 8.5–10.5 m/s² |
为什么值得做
重力加速度是你能在地球上最"随手"测到的物理常数之一。而且它不需要任何仪表——你自己的手机就是一台 240 帧每秒的高速摄像机。
怎么做
- 把米尺用胶带竖直贴在墙上,零点朝上(下落起点在 0 附近)。
- 手机横过来,用支架/书堆固定,镜头正对尺子,距离 1–1.5 米。手机要正对,不要仰拍。
- 开慢动作(240fps 或 120fps,记下你用的是哪个),开始录,然后松手让物体落下。松手时手别给力。
- 回放视频,逐帧看:找到物体刚离开手的那一帧,和它经过某个刻度的那一帧。
- 数帧数
n,时间t = n / 帧率。量下落距离s(从起始位置到那一帧位置的差)。 - 算
g = 2s / t²。
重复 3 次,取平均。
算一下
1 米自由落体大约 0.45 秒,240fps 下约 108 帧:
t = 108 / 240 = 0.45 s
g = 2 × 1.00 / 0.45² ≈ 9.9 m/s²
如果算出来明显不是 9.8(比如 20 以上),八成是帧数数错了,或者视频帧率和你想的不一样——回去查视频元数据,重数一遍。
坑
- 帧率要看视频元数据,不是你以为的。有的手机"240fps"实际是 120fps 播放,用播放器/编辑器查编码信息。
- 手机必须正对尺子。仰拍/俯拍会让刻度看起来不等距,直接毁掉结果。
- 尺子的零点要对准物体开始下落的真实位置。
- 松手瞬间手会给一个初速度,慢动作才看得出来——多拍几次,挑最干净的那条。
- 空气阻力会让轻物体偏小,用硬币/小石头这类密度大的。
想再往前一步
- 换成
s = ½gt²的多点拟合:逐帧记位置,画s–t图,拟合二次项系数。 - 用同一个视频验证"真空 vs 空气":纸片和硬币同时落,慢放看谁快。
- 换个海拔/城市测,看有没有差别(差别很小,能测出来算你厉害)。
安全
别砸到脚,别从高处往下丢东西(尤其窗外)。
做完把结果贴到 RESULTS.md。