OpAEOLUS-3.實驗

實驗計劃

• 準備: $80g/m^2$ $A4$紙 Suzanne 紙飛機，SkyKing 紙飛機，普通紙飛機
  $120g/m^2$ $A4$紙 Suzanne 紙飛機，$170g/m^2$ $A4$紙 Suzanne 紙飛機
  (Suzanne80, Suzanne120, Suzanne170)
• 進行實驗, 拍攝錄像
• 分析數據:
  • 記錄每次飛行距離, 進行統計分析;
  • 使用 Tracker 軟件標記物體運動軌跡, 作出典型軌跡圖像, 分析紙飛機形態, 質量對飛行軌跡的影響, 為數學建模做準備.

實驗過程

實驗進行不是很順利：

• 由於找不到室內實驗場地，只能在戶外進行實驗，結果風對實驗產生了較大干擾；
• 在飛行時拋射角未能控制，變化較大，造成了每次實驗飛行軌跡差異較大；
• 使用手機拍攝，無法很好地控制鏡頭靜止，也造成了偏差。

但最後總算是采集到了數據，做了這麼多次實驗，總能挑出幾組可行的數據。
雖然有刻意挑選有利數據之嫌，但面臨 deadline，也沒辦法了。

數據分析過程

距離分析

感覺也分析不出什麼特別的，姑且算個平均值和方差吧。
直接把數據導入Excel就能算出結果。

分析軌跡

先將視頻導入 Tracker 軟件，然後測量，定標桿，定坐標系，再進行軌跡追蹤。
軟件支持自動追蹤，但由於拍攝不夠清晰，我採用了手動追蹤。
一次飛行時間大約2秒，45幀左右，逐幀標記其實也很快。

標記完成後就可以直接將右下角數據複製到ASCII數據文件，進行進一步分析。

結果

距離

基本型: 平均值: 9.34m, 方差: 1.879;
SkyKing: 平均值: 7.21m, 方差: 1.476;
Suzanne80: 平均值: 10.00m, 方差: 1.245;
Suzanne120: 平均值: 9.40m, 方差: 0.921;
Suzanne170: 平均值: 6.56m, 方差: 1.022.

分析：

• 基本型紙飛機：總體飛行穩定，軌道偏離較小，但每次飛行距離相差較大；
• SkyKing紙飛機：軌道偏離很大，大概是因為沒折好；
• Suzanne80：飛行距離最長，飛行也較穩定；
• Suzanne120：飛行距離短於Suzanne80，但飛行更穩定，可能是由於質量較大，受風力影響小；
• Suzanne170：飛行距離明顯短於Suzanne80和120，顯然是由於質量過大，升力不足，另外由於紙質原因，紙飛機難以在飛行時保持形態，飛行很不穩。

軌跡

由於某些紙飛機飛行軌跡過於離譜，僅對部分紙飛機飛行軌跡進行分析。

基本型紙飛機:

觀察可知紙飛機在水平方向運動接近勻速直線運動，整體運動軌跡接近拋物線，與斜拋運動軌跡類似。可見空氣升力對其作用不多，這種紙飛機形態並不理想。

Suzanne80:

然而世界紀錄的 Suzanne 紙飛機也差不多？這是本次實驗最大問題了。
在設計者 John Collins 介紹 Suzanne 紙飛機的視頻中，他強調了這種紙飛機在滑翔階段的優勢，但這種優勢在本次實驗中完全沒有體現。

看了 Suzanne 紙飛機創下世界紀錄的視頻，感覺問題在於上拋高度太低，紙飛機沒有進入滑翔狀態就已墜落。另外紙飛機制作的問題也不可避免。
看來之後還需再做實驗。