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摘 要: 為了防止香煙裝箱過程中煙箱缺條現(xiàn)象,提出了一種新的基于機(jī)器視覺的禁忌模式匹配算法。算法可以避免現(xiàn)場圖像中存在的隨機(jī)性反射高光對檢測結(jié)果的影響,在根據(jù)定義的準(zhǔn)則得到禁忌區(qū)域后,依據(jù)模式匹配結(jié)果判定是否存在缺條。另外,算法還可以自動校正圖像并獲取模板圖像,檢出結(jié)果與煙箱的圖案和顏色無關(guān)。實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果表明提出的算法具有更低的誤檢出率,為其他裝箱過程中的缺陷檢測提供可借鑒的思路。
關(guān)鍵詞:鏡面反射;禁忌匹配;缺陷檢測;機(jī)器視覺
中圖分類號: TP391.413 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Abstract: To avoid the problem of the carton missing in the process of cigarette production, this paper introduced a new method of pattern matching based on machine. Using the method could avoid the effects of the random reflecting light on images. After getting the taboo area of the image, the result of the pattern matching was used to determine whether some cartons miss or not. In addition, the taboo matching method could also adjust the image and get the template image automatically without considering the pattern or color of the carton. The taboo matching would reduce the error detection rate in a real system and provide a way of solving problems of the similar kind.
Key words: specular reflection; taboo matching; fault detection; machine vision
0 引言
在產(chǎn)品最后的裝箱環(huán)節(jié)中,由于機(jī)械或者操作等原因可能造成少裝或者錯裝,這樣的產(chǎn)品進(jìn)入市場后,對企業(yè)的負(fù)面影響極大。目前所使用的煙箱缺條檢測方式主要有渦流檢測方式、稱重檢測方式和射線檢測方式和電容檢測方式。渦流檢測是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)之上的一種無損檢測方法,它適用于導(dǎo)電材料[1]。渦流檢測方式是利用導(dǎo)體自身各種因素(如電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀、尺寸和缺陷等)的變化會導(dǎo)致感應(yīng)電流的變化,從而判知導(dǎo)體性質(zhì)、狀態(tài)的檢測方法。稱重檢測是被檢測物品在運(yùn)送過程中,通過稱重“秤重”是否應(yīng)該為“稱重”?請明確。機(jī)制檢測對象的重量,再借助分析機(jī)制將稱重“秤重”是否應(yīng)該為“稱重”?請明確。結(jié)果的誤差與數(shù)據(jù)庫中預(yù)先儲存的該對象所需物品的重量等規(guī)格資料進(jìn)行分析對比,分析出該誤差值可能是因何種物料的配裝錯誤所造成的檢測方法[2]。射線檢測方式則是通過各種射線來穿透物體的一種無損檢測方法,應(yīng)用簡便,檢測準(zhǔn)確率高,但是對人體會造成一定的放射性危害[3]。電容檢測是利用平行板電容的電容值與其極板間介質(zhì)之間的關(guān)系,通過比較電容傳感器的檢測值與標(biāo)準(zhǔn)值來判斷煙箱中是否出現(xiàn)缺條[4]的檢測方式。而相比之下,機(jī)器視覺技術(shù)通過光學(xué)裝置和非接觸傳感器自動地接收和處理一個(gè)真實(shí)物體的圖像,以獲得所需信息[5],以其適用性強(qiáng)且可實(shí)現(xiàn)無接觸、無損檢測等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用在裝箱缺陷檢測這個(gè)問題上可以發(fā)揮更好的作用。
在裝箱檢測中,假設(shè)待檢測面的圖案和顏色相同?;谏鲜鲈颍疚奶岢隽艘环N新的禁忌模式匹配算法來實(shí)現(xiàn)裝箱過程中缺陷的檢測。該算法首先獲取煙箱圖片中紋理最豐富的子圖作為匹配的模板,在考慮高光的影響下,利用模板對圖片的各個(gè)子圖進(jìn)行差異匹配,當(dāng)差異超過設(shè)定閾值時(shí)檢測到有問題的煙箱照片。應(yīng)用該算法,系統(tǒng)可根據(jù)圖像中設(shè)定箱體檢測面的位置校正圖像,在輸入當(dāng)前箱體中M(行)和N(列)數(shù)值后,軟件自動分割出每個(gè)物品,無需手動分割圖像。另外,在切換產(chǎn)品線時(shí),只要包裝箱的尺寸和每箱所裝物品的件數(shù)不變,也可以完成檢測功能,無需手動指定產(chǎn)品的具體特征。
本文的核心是基于圖像禁忌模式匹配的檢測算法,靠模式的一致性判別是否存在包裝缺陷。
1 匹配算法
實(shí)際中,大多數(shù)商品外部都包有一層塑料紙,該塑料紙具有鏡面反射特性,因此如果直接利用攝像機(jī)拍到的圖像進(jìn)行模式匹配,則可能出現(xiàn)誤檢測。如何消除塑料紙的反光對模式匹配的影響是本系統(tǒng)的主要工作。本文提出了一種新的匹配算法――禁忌匹配算法(taboo matching)方法來解決這類具有不確定性的問題。
1.1 光學(xué)上的反射隨機(jī)性
鏡面反射是物體表面的一種反射特性,本文采用Phong模型分析反射隨機(jī)性,其原因是Phong模型更形式化了非導(dǎo)體材料的鏡面反射分量和漫反射分量與視角位置的關(guān)系,這對于場景參數(shù)固定的視頻監(jiān)控環(huán)境尤為適合[6]。根據(jù)Phong模型進(jìn)行鏡面反射的亮度分析。圖1為鏡面反射強(qiáng)度的三維示意圖,其中:v為單位視向量;r為單位反射向量,稱其為主反射分量;n為單位法向量;l為單位入射向量。記向量r,v的點(diǎn)積為ω,則v方向得到的單位鏡面反射亮度為(cos(w))ExpN,其中ExpN其中的“Exp”是指數(shù)嗎,還是ExpN是一個(gè)變量名?需明確。為鏡面反射系數(shù)。
由于裝箱設(shè)備不能保證所有物品的被拍攝面在同一平面,因此即使當(dāng)光源和攝像機(jī)的位置固定時(shí),有的物品所覆蓋塑料紙的主反射分量可能進(jìn)入攝像機(jī),引起局部過度曝光出現(xiàn)高光情形,如圖2所示。另外由于物品表面覆蓋的塑料紙不可能和物體表面完全接觸,可能出現(xiàn)起包、起皺等現(xiàn)象,進(jìn)一步使物體表面的反射光的位置難以確定,比較圖2、3發(fā)現(xiàn),當(dāng)光源和相機(jī)位置固定時(shí),A點(diǎn)和B點(diǎn)塑料紙的形狀決定了相機(jī)觀察到的亮度不同。
1.2 禁忌匹配算法
基于上述的原因,算法所要解決的問題就是如何處理反射高光對匹配的影響。本文提出了禁忌匹配方法,首先分割圖片為若干子區(qū)域,獲取匹配模板,最后根據(jù)高光處灰度值飽和特性進(jìn)行高光檢測,在模式匹配中不考慮高光區(qū)域的影響,目的在于提高檢測的準(zhǔn)確性。
1.2.1 預(yù)處理
現(xiàn)場采集的圖片往往會存在一些問題,比如會有一些噪聲影響圖片的質(zhì)量,或者由于攝像機(jī)拍攝的問題,圖片中物體會產(chǎn)生一定的形變。
針對圖片噪聲的影響可以對圖片先進(jìn)行濾波處理,增強(qiáng)對比度以提升圖片質(zhì)量,以及在相機(jī)硬件上加濾光片或更換更好鏡頭來解決。而后者形變的問題可以通過仿射變換來解決,仿射變換是一種仿射鏈或平行投影鏈。經(jīng)過仿射變換不改變的性質(zhì)稱為仿射不變性[7],在實(shí)際系統(tǒng)中利用Homograph變換來矯正[8]。
1.2.2 模板自動獲取
為了能夠檢測有缺陷的裝箱,首先要獲取檢測的模板。對采集到的圖形進(jìn)行Homograph變換得到矯正后的圖像。由于校正后的圖像是規(guī)則矩形,而且箱體的行數(shù)M和列數(shù)N是根據(jù)實(shí)際情況確定的,所以就可以得到M×N個(gè)子塊,如圖4(a)所示,其中存在5×5個(gè)子圖。由于照明的原因,這些子塊的亮度情況是不相同的,如果僅僅對整幅圖片做處理的話,各個(gè)子區(qū)域的細(xì)節(jié)會被破壞。所以本文針對每一個(gè)子區(qū)域做對比度增強(qiáng)后,利用Otsu方法找出的最佳閾值[9]。在實(shí)際情況中,還要考慮一些問題,在煙箱缺失的子區(qū)域往往會形成一塊暗區(qū),如圖4(a)中的第1排第2個(gè)子區(qū)域,對這種區(qū)域做對比度增強(qiáng)有可能產(chǎn)生噪聲的紋理,所以針對這種情況,本文先計(jì)算各自區(qū)域的平均灰度,濾去暗區(qū)的子區(qū)域。煙箱之間的縫隙會形成暗區(qū),而且實(shí)際情況中箱子堆疊可能略有偏差,所以要濾掉各子塊的邊緣。經(jīng)過去噪、增強(qiáng)對比度和閾值二值化后得到了圖4(b)結(jié)果。選擇圖4(b)中圖案面積最大的子圖作為模板,如圖4(b)中所框出的。
1.2.3 缺條的檢出
如果直接利用模板來匹配各個(gè)子圖去檢測出有問題的區(qū)域的話,由于箱子上的塑料包裝紙的反光影響,匹配的結(jié)果往往得不到很好的效果。圖5白色部分是檢測圖片的高光部分。由于存在反光,所以待檢測的圖片的高光部分會對檢測產(chǎn)生噪聲影響。從圖中可以發(fā)現(xiàn)待檢測圖片的右上部分存在反射現(xiàn)象(反光部分),將檢測圖片劃分成25張子圖,如圖6所示,顯然圖中標(biāo)號為4、9、14的子圖受到高光反射的情況嚴(yán)重。當(dāng)用得到的模板去匹配的時(shí)候,原本沒有缺失的圖片在高光的影響下有可能被誤檢測成有缺失的情況。所以針對這種存在反射高光的檢測圖片本文設(shè)計(jì)的檢測方法如下。
本文中禁忌匹配是指為了消除高光部分的影響,處于高光部分的點(diǎn)在匹配的時(shí)候不予考慮。在禁忌匹配中設(shè)在高光部分的像素點(diǎn)區(qū)域?yàn)槭剑?)所示:
Area_high(x,y):Gray_value(x,y)=255(1)
考慮了處理高光反射的情況以后,接下來就要利用之前得到的模板來與各個(gè)子圖匹配以檢測有問題區(qū)域。這就是一個(gè)圖片的匹配問題了,具體來講,圖像匹配關(guān)鍵要素有四點(diǎn):特征空間、相似性度量、圖像匹配變換類型和變換參數(shù)的搜索[10]。而圖像匹配算法分類大致有三種:基于灰度相關(guān)的匹配、基于特征的匹配和基于模型的匹配。本文所采取的辦法是基于灰度相關(guān)的匹配。圖像mask是自動獲取的模板圖片,由于箱體的行數(shù)和列是根據(jù)實(shí)際情況確定的,所以整幅圖片可以分割成P張子圖,模板與每張子圖匹配的方法是滑動模板找到每張子圖與模板最匹配的位置計(jì)算出差異距離,最后找出差異最大的子圖。
設(shè)圖像yt,t∈{1,2,…,P}是檢測圖片Y的第t個(gè)分割的子圖,即:∪yt=Y且∩yt=。mask是得到的模板,設(shè)yt中的除去高光部分的有限點(diǎn)集如式(2)所示,其中高光區(qū)域的定義參見式(1):
A={a1,a2,…,am}; ai={1,2,…,m}Area_high(x,y)(2)
mask中的有限點(diǎn)集為:
B={b1,b2,…,bn}(3)
在式(2)、(3)的基礎(chǔ)上,本文中用式(4)定義子圖與模板的距離:
D(yt)=mina-b; a∈A,b∈B(4)
分別計(jì)算各個(gè)子圖與模板的差異D(yt)。計(jì)算差異最大的子圖,如式(5)所示:
t=arg max{D(yt)}; t∈{1,2,…,P}(5)
當(dāng)這個(gè)最大的差異值大于所設(shè)定的閾值時(shí),待檢測圖片為出現(xiàn)缺箱的圖片,該子圖的位置就是缺箱的位置。為了對比圖片中高光對檢測結(jié)果的影響,圖7(a)是未考慮高光的情況下各個(gè)子圖與模板匹配得到的差異,圖7(b)是在考慮了高光的情況下子圖與模板的差異,圖7(a)、圖7(b)中的行列與圖6的標(biāo)號對應(yīng)。對比表6與圖7(a)、圖7(b)可以發(fā)現(xiàn),在受高光影響嚴(yán)重的區(qū)域會出現(xiàn)可能的誤檢測部分。當(dāng)設(shè)定缺條的閾值為500時(shí),分析圖7(a),可以看出其中第1、2、3行第4列均大于該值,意味著圖6中第4、9、14、15子圖出現(xiàn)缺條,顯然被誤檢。但當(dāng)考慮到高光影響的時(shí)候,對出現(xiàn)高光的點(diǎn)本文并不去判斷這個(gè)點(diǎn)是否與模板匹配,這樣就可以在一定程度上減弱高光的影響。圖7(b)就是在考慮了高光影響后計(jì)算得到的子圖差異。圖7(c)、圖7(d)分別為圖7(a)、圖7(b)的3維立體圖。對比兩張圖可以發(fā)現(xiàn)考慮高光影響的禁忌匹配(圖7(d))變化較為均勻。實(shí)際上查看圖7(b)也可以發(fā)現(xiàn)對應(yīng)序號為4、9、14、15的子圖受高光的影響減弱。
2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
目前專門針對圖像處理的開發(fā)工具有多種,本文采用美國Intel公司開發(fā)的OpenCV,這是由于開源庫OpenCV可以免費(fèi)地幫助開發(fā)人員更加便捷地設(shè)計(jì)更復(fù)雜的機(jī)器視覺相關(guān)應(yīng)用程序[11],進(jìn)而在Microsoft Visual Studio 2008下實(shí)現(xiàn)了基于煙箱缺條檢測的模式的匹配算法的測試系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的流程如圖8所示。
根據(jù)Homograph變換得到矯正后的圖像。圖9(a)為攝像機(jī)拍攝到的區(qū)域,手動選取煙箱整體的4個(gè)頂點(diǎn)(如圖11中的白點(diǎn)所示),經(jīng)Homograph變換后得到的圖像如圖9(b)所示,可見圖像矯正后,恢復(fù)了物品的圖案和它們之間正常的間距。
為檢測本文算法的有效性,基于上述演示系統(tǒng),本文對比兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別是不考慮高光影響的算法和考慮了高光影響的禁忌匹配算法。
截取四幅原始的檢測圖片進(jìn)行檢測。
實(shí)驗(yàn)1 選取缺箱的圖片進(jìn)行檢測實(shí)驗(yàn),如圖10、11所示。
實(shí)驗(yàn)2 選取未缺箱但有高光的檢測圖片進(jìn)行檢測實(shí)驗(yàn),如圖12、13所示。
實(shí)驗(yàn)中,缺條檢測的閾值設(shè)為500,白色框表示選取的模板,當(dāng)黑色框出現(xiàn)時(shí)表示煙箱出現(xiàn)了缺條。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn):當(dāng)煙箱有缺條且高光影響不嚴(yán)重的時(shí)候,考慮高光與否的檢測方法都檢測到了煙箱的缺條;但是在存在反射高光影響的條件下,不考慮高光有可能會出現(xiàn)誤檢測。
所以在光照條件變化不大的情況下,本算法可以很好地檢測出不一致的煙箱,對模板的選取上選擇紋理最豐富、反光性最小的煙箱子圖作為匹配模板,檢測準(zhǔn)確性較高而且不易發(fā)生誤檢測。
3 結(jié)語
目前機(jī)器視覺檢測技術(shù)已經(jīng)在煙草行業(yè)的小包外觀的圖像檢測、煙葉雜物剔除視覺系統(tǒng)、大條外觀圖像檢測系統(tǒng)成功應(yīng)用[12],基于此本文提出了一種針對裝箱缺陷檢測的算法??紤]到在實(shí)際問題中,大多數(shù)商品外部都包有一層塑料紙,而塑料紙具有鏡面反射特性,因此如果直接利用攝像機(jī)拍到的圖像進(jìn)行模式匹配,則可能出現(xiàn)誤檢測。因此本算法根據(jù)高光處灰度值飽和的特性進(jìn)行高光檢測,在模式匹配中不考慮高光區(qū)域的影響,利用模板匹配的方法檢測出不一致的煙箱提高了檢測準(zhǔn)確性,另外,在切換產(chǎn)品線時(shí),只要包裝箱的尺寸和每箱所裝物品的件數(shù)不變,也可以完成檢測功能,無需手動指定產(chǎn)品的具體特征。
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收稿日期:2011-06-27;修回日期:2011-08-08。
白駒過隙,時(shí)光荏苒。橡皮筋早己遠(yuǎn)離了我的生活,可我依然能夠感受到它的存在。時(shí)光倒流回兩年前:伴隨著優(yōu)美動聽的下課鈴聲,我們一窩蜂的從教室里竄出來,我們的手里都拿著一條帶紅帶白的橡皮筋。我們跳著各種花樣的玩法,不斷地挑戰(zhàn)著新難度。突然,有一個(gè)人不小心被橡皮筋所纏住,再加上地的滑,沒站穩(wěn),一屁股坐在了地上,“哄”的一聲,大家都笑翻了,有的笑倒靠在了墻上,有的直接笑倒在了地上,而橡皮筋也一直不停地被我們扯來扯去……如今,這些景象已不復(fù)出現(xiàn)。別了,橡皮筋!別了,童年!
我不能再有兒時(shí)的那種無拘無束的心情與自由自在的玩耍了。記得上次與妹妹及妹妹的同學(xué)一塊跳橡皮筋,我依然是技藝高超,可我卻發(fā)現(xiàn),這一點(diǎn)兒也不好玩,感受不到了橡皮筋給我?guī)淼目鞓贰e了,橡皮筋!別了,童年!
現(xiàn)在的我有了很大的不同。我迎來了更為重要的學(xué)業(yè),一刻不停!整天整天的學(xué)習(xí)。我已沒有什么空閑、休閑的時(shí)間,更談不上跳橡皮筋了。我感到我的想法在發(fā)生改變,我變了!我已找不回那種無憂無慮的生活,所以我只能在夢中,在那少得可憐的課間十分鐘中回憶著曾經(jīng)的橡皮筋。
別了,橡皮筋!
楊老師竟然還讓我們跳繩,跳了一會兒,他說:“你們拿繩子練習(xí)上節(jié)課的跳高動作,記住,還是到膝蓋為止。”我們都覺得:哎喲,到膝蓋為止,把繩子拿的這個(gè)位置很低,肯定都能跳過去。
過了一會兒,楊老師看我們練得差不多了,就說:“好!你們站成一排,按學(xué)號!”蔣小瀟就是第一個(gè)。楊老師在沙坑邊弄了一個(gè)真正的跳高的架子,就是兩根竹竿,中間還有一根橡皮筋。他說:“你們要跳過這根橡皮筋,每跳一輪,我們都會增加高度。如果你跳過去的時(shí)候,一不小心手碰到了,或者身體什么部位碰到了,這個(gè)橡皮筋抖了一下,或者姿勢不標(biāo)準(zhǔn)的話,那就得到旁邊去,找兩個(gè)人自己去練!”
我們一聽,心里就涼了半截,因?yàn)槟悴灰詾樘呒茏雍竺媸巧嘲l(fā)墊什么的,后面全是沙子!你一跳過去,鞋子里全是沙子,而且一不小心,還會吃到沙子。
我們開始一輪一輪地跳了,蔣小瀟“活”得還滿長的,我也“活”得還滿長的,因?yàn)槲覀儎幼鳂?biāo)準(zhǔn),沒有碰到繩子,所以我們就留在隊(duì)伍里跳高,沒有到旁邊去練。
我跳第一根繩子的時(shí)候跳得很高,像飛過去一樣,他們都叫:“哇!飛人劉翔!”可是,一輪一輪,很快地,轉(zhuǎn)眼間,男生只剩6個(gè)!女生也只剩6個(gè)!轉(zhuǎn)眼間,男生只剩3個(gè)!女生只剩2個(gè)!其他人都在旁邊“勤學(xué)苦練”去了。再一轉(zhuǎn)眼,只有我和許小陽兩個(gè)孤獨(dú)的男生,還有一個(gè)黃小昀!這個(gè)女生!
這次,我看到那個(gè)繩子的高度,心里涼了半截。我先量了一下:這么高哇!我趕緊助跑,拚盡全力一跳,可是一不小心,可能是我的小腳趾頭吧?一不小心點(diǎn)了一下那根橡皮筋,那根不爭氣的橡皮筋就像一條倔強(qiáng)的魚一樣,晃,晃,使勁地晃!我真郁悶啊,這根橡皮筋難道經(jīng)過特別加工,里面加了很多搖晃劑嗎?我就那么輕輕地一點(diǎn),它就那么晃晃地干晃!他們都大叫起來:“啊!你‘死’了!‘死’了!”
許小陽也是,他更夸張,連一根竹竿都給他踢倒了。這時(shí),黃小昀竟然跳過去了。如果沒看到她跳過這么高的英勇姿態(tài),只看到她落沙坑的姿勢,就很好玩兒,感覺她是跑得太快了,“啪”地一摔,摔了個(gè)四腳朝天嘴啃呢,摔了個(gè)大屁墩,屁股朝天!
力的作用有兩方面。力能使物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化,如運(yùn)動或靜止,變快或變慢;力也能使物體的形狀和體積發(fā)生變化,如伸長或縮短,彎曲或變直等形變。
一、 安裝用橡皮筋驅(qū)動的小車
把橡皮筋的圈連接起來,一端固定在前車架上。將橡皮筋的另一端固定在車軸上,轉(zhuǎn)動車輪,橡皮筋就會纏繞在車軸上。松開轉(zhuǎn)動車輪的手,車輪就會轉(zhuǎn)動。使車輪轉(zhuǎn)動的力來自橡皮筋。
要使小車向前運(yùn)動,橡皮筋在后車軸上,向后纏繞。這樣橡皮筋才能使小車向前行駛。
二、橡皮筋纏繞的圈數(shù)與小車行駛的距離
1、實(shí)驗(yàn)時(shí)注意觀察。
橡皮筋纏繞一圈時(shí)和纏繞多圈時(shí),橡皮筋產(chǎn)生的力大小不一樣。橡皮筋纏繞一圈時(shí)和纏繞多圈時(shí),橡皮筋產(chǎn)生的力作用在小車上的時(shí)間不一樣。
2、按要求實(shí)驗(yàn)。
橡皮筋纏繞的圈數(shù)與小車行駛距離關(guān)系的實(shí)驗(yàn)記錄表
3、小結(jié):橡皮筋纏繞的圈數(shù)越多,小車行駛的距離越長;橡皮筋纏繞的圈數(shù)越少,小車行駛的距離越短。
試一試,怎樣使小車行駛的距離更長?在能纏繞橡皮筋的基礎(chǔ)上,纏繞更多的圈數(shù)。為什么會有這樣的關(guān)系呢?到底是什么力讓小車行駛得這么遠(yuǎn)?
三、橡皮筋的力是怎樣產(chǎn)生的?是一種什么力呢?
1、兩手握住“拉簧”用力向兩邊拉,“拉簧”的長短、粗細(xì)有變化,會變成長的、細(xì)的。慢慢減小拉力,會看到“拉簧”的長短、粗細(xì)有變化,會變成短的、粗的。
2、兩手握住“橡皮筋”用力向兩邊拉,“橡皮筋”的長短、粗細(xì)有變化,會變成長的、細(xì)的。慢慢減小拉力,會看到“橡皮筋”的長短、粗細(xì)有變化,會變成短的、粗的。
3、把“壓簧”放在桌面上,用手掌向下壓,會看到“壓簧”的高度、粗細(xì)有變化,會變成矮的、粗的。慢慢減小壓力,會看到“壓簧”的高度、粗細(xì)有變化,會變成高的、細(xì)的。
4、左手把“鋸條”的一端按在桌上,右手把“鋸條”的另一端向下壓,“鋸條”的形狀有變化。右手慢慢減小壓力,會看到“鋸條”的形狀也有變化。
5、用手握“彈簧片”,“彈簧片”的形狀會變化;慢慢減小握力,“彈簧片”的形狀也會變化。
6、把注射器的活塞拉出,用橡皮堵住注射器的出口,先用手指把活塞往下壓,然后逐漸減小手指的壓力,反復(fù)幾次,會看到活塞逐漸向上移動,直至空氣的力消失。
7、以上六種現(xiàn)象有什么相同點(diǎn)?
物體受到外力后,形狀或體積發(fā)生變化;去掉外力后,能恢復(fù)原來的形狀或體積。
8、當(dāng)你拉彈簧、拉橡皮筋、按壓簧、彎鋸條、握彈簧片、壓注射器的活塞時(shí),手有什么感覺?
手能感受到有一種要恢復(fù)原來形狀或體積的力。
9、小結(jié):拉簧、橡皮筋、壓簧、鋸條、彈簧片、空氣(注射器里被壓縮的空氣)這樣的物體,在受到外力作用時(shí),形狀很容易改變,在形狀改變時(shí),它們會產(chǎn)生一個(gè)要恢復(fù)原來形狀的力,這個(gè)力叫做彈力。
10、我們說:拉簧、橡皮筋、壓簧、鋸條、彈簧片、空氣都能產(chǎn)生彈力。
四、物體都能產(chǎn)生彈力
1、先看看手心、手掌的形狀,然后用力鼓掌,再看看手心、手掌的形狀,手心、手掌能恢復(fù)原來的形狀,手心、手掌能產(chǎn)生彈力。
2、看看腳下的地面,然后用力跺腳,再看看地面、鞋底的形狀,地面、鞋底能恢復(fù)原來的形狀,地面、鞋底能產(chǎn)生彈力。
3、再試試其它物體能否產(chǎn)生彈力。我們試過的物體都能產(chǎn)生彈力。就連空氣、水都能產(chǎn)生彈力。
4、總結(jié):物體都能產(chǎn)生彈力。
五、人們利用彈力可以做很多的事情
例如:服裝上的松緊帶、鞋帽上的松緊帶、手套上的松緊帶、票夾上的彈簧、弓箭上的弓和弦、皮球里的空氣、減震器里的金屬、彈簧床、測力計(jì)、拉力器和各式各樣的彈簧等等,都利用了物體產(chǎn)生的彈力。
六、我們?nèi)梭w上也有多處利用了彈力
例如:心臟有規(guī)律的收縮和舒張,能把血液收回到心臟,又能把血液送出心臟,是利用了心臟產(chǎn)生的彈力。當(dāng)肱二頭肌收縮時(shí),我們作屈臂運(yùn)動;當(dāng)肱二頭肌舒張時(shí),我們作伸臂運(yùn)動。肱三頭肌和肱二頭肌正好相反,當(dāng)肱三頭肌收縮時(shí),我們作伸臂運(yùn)動;當(dāng)肱三頭肌舒張時(shí),我們作屈臂運(yùn)動。三角肌俗稱“虎頭肌”,因?yàn)樗男螤钔钩錾媳?,酷似虎頭,而且發(fā)達(dá)的三角肌體積比較大,顯得很威猛,所以它也是力量的象征,它產(chǎn)生的彈力更強(qiáng)。大腿肌肉前面有股四頭肌,后面有股二頭肌,內(nèi)側(cè)有縫匠肌、內(nèi)收大肌等。要使大腿強(qiáng)壯,首先是發(fā)展股四頭肌,因?yàn)楣伤念^肌是人體最大、最有力的肌肉之一。它是由股直肌、股中肌、股外肌和股內(nèi)肌組成。股四頭肌的功能是使小腿伸和屈,大腿伸和屈,伸膝屈髖,并維持人體直立姿勢。人類是用這些肌肉的收縮和舒張,也就是利用肌肉產(chǎn)生的彈力行走和奔跑的。
七、假如世界萬物都不能產(chǎn)生彈力
彈力對我們的影響非常大。如果沒有彈力,那世界是個(gè)什么樣子了。
你到大街上一看,啊,大街上安靜極了。只看見運(yùn)動的汽車、摩托車、自行車跑著跑著不知哪去了,誰也找不到他們。每個(gè)人都像“土行孫”似的,遁到地里,但永遠(yuǎn)也不能回到地面生活了。
小羊、老牛、大馬低頭吃著草喝著水,一下子掉進(jìn)了萬丈深淵,再也不能吃草喝水了。
小鳥、小燕子、蜻蜓、蝴蝶在空中飛來飛去,突然翅膀不動了,他們都掉在地上,鉆進(jìn)地里。
小魚、青蛙正在水里游泳、嘻戲,小魚的魚鰭不動了,青蛙的四肢停止了,一下沉到水底,鉆到泥土中,再也找不到了。
田野的小花、莊稼在微風(fēng)中晃來晃去,高山上的大樹、小草輕輕搖擺,他們一邊唱歌一邊跳舞,多么逍遙自在??墒菑椓ν蝗粵]了,一個(gè)個(gè)都趴在地上,再也站不起來了。
……
世界失去了控制,世界沒有辦法控制了!
唉,有彈力存在的世界真好!
從“古”至今,我們班上一直遭受著時(shí)尚“龍卷風(fēng)”的“襲擊”,搞得同學(xué)們心神不定,精神恍惚,連上課都在玩。若想治好這類病,須找到罪魁禍?zhǔn)?,才可以治愈?/p>
作案者之一:籃球風(fēng)。2006年到2007年之間,我班男生大部分被籃球風(fēng)“偷襲”,變得天天都想要快點(diǎn)到中午,好去打籃球??墒且郧?,蔣老師是不準(zhǔn)打籃球,于是男生就拉上家長來“助威”,讓蔣老師的鐵石心腸軟了一半。在上個(gè)寒假時(shí),陳佰良還寫了一封可憐巴巴的信交給蔣老師,其內(nèi)容石頭讀了也要掉眼淚。于是蔣老師只好變得睜一只眼閉一只眼了。而籃球風(fēng)也更猖狂了,許多男生都是上課鈴打了以后幾分鐘才回到教室。
作案者之二:橡皮筋風(fēng)。這回是許多女生被“偷襲”,于是在下課時(shí)的操場上到處都看得見我班女生跳橡皮筋的身影。橡皮筋雖然沒有什么害,但那些女生想要早點(diǎn)兒玩它,所以在上課時(shí)心就是慌的,什么也聽不進(jìn)去了。
作案者之三:校園書風(fēng)。這家伙是最討厭的了,全校大概有40%的人數(shù)遭受襲擊。為了看這類書,不惜一切代價(jià)。這類書不僅僅對學(xué)習(xí)沒有益處,還對看書的人的心理產(chǎn)生不好的影響。所以,校園書風(fēng)會導(dǎo)致某些人不好好學(xué)習(xí)、視力下降等問題。