Exponiendo las huellas de un video falso: alto control al batear múltiples bolas

Este video viral es muy popular entre deportistas, es sobre este bateador quien realizó una impresionante serie de veinte golpes, haciendo rebotar hasta dos pelotas en cuatro redes elásticas.



De tan impresionante es el video que todos suponen que esta editado para impresionar (es fake). ¿Podemos demostrar que es falso el video?

Pues bien, Rhett Allain en el blog dot physics nos muestra que se puede analizar el fondo de los videos para revelar si es falso o no.

Siguiendo los pasos de Rhett, utilice un video para comparar.  Así escogí un video de un fanático de Simon's cat, pues la grabación fue realizada sin tripie, lo que me permite otro punto de vista y comparación del que realizó Rhett.  Claro, además use el programa Tracker para analizar los dos videos.  Este es el video para la comparación, al que etiqueto de "real".



Pues bien, como se puede ver en la imagen de captura de pantallas, para ambos videos seleccione puntos en el fondo, y automaticamente el programa grabó los desplazamientos.  De modo similar a Rhett, pero él no presenta en su blog que puntos escogió ni cuanto tiempo (o cuadros) capturó. 

Captura de pantallas de programa Tracker que muestra los puntos y cuadros para analizar.
Graficando los desplazamientos en la dirección vertical vs. la dirección horizontal se puede ver un patrón.  En mi caso, veo que el video real muestra que los puntos se concentran en el centro, lo cual es lógico pues el camarografo busca estabilidad para mantener la escena.  En contraste, en el video falso -el del bateador-, vemos que los puntos se concentran formando una dona alrededor del centro, no veo una razón clara por la que algún camarografo real muestre tal comportamiento.  Sin embargo, a diferencia de Rhett, no veo un claro patrón browniano en uno u otro video.


Después analicé la transformada de Fourier para los dos videos tanto para las variaciones en el tiempo en el eje horizontal como el eje vertical.  De modo que en un gráfica de abajo muestro la información de los dos videos y los dos ejes.  A diferencia de Rhett, observo la ausencia de frecuencias exclusivas que diferencien un video del otro, además mi intervalo de frecuencias es diferente.  Más aún, el único signo que diferencia un video de otro es nivel de ruido, curiosamente el video falso presenta menos ruido, por lo cual revela algunas frecuencias características  que bien pudieron se puestas por el programa de computadora. 


Es muy probable que tenga un error en la escala de la transformad da Fourier, tal vez por un factor de 10, pero todas las gráficas las obtuve por el mismo procedimiento.  De modo que para exponer que el video es falso esta escala funciona (nota mental, revisar la transformada de Fourier).

De este modo, ahora cuento con dos herramientas para verificar la veracidad de los videos de Internet:

1) El patrón de pixeles del fondo, lo cual cualquier estudiante puede realizar.
2) El patrón de la transformada de Fourier, que es un tema más avanzado, pero mecánicamente se puede realizar con Tracker.

Analizare más videos para confirmar lo que ahora observe, ya tengo en mente uno sobre basquetball... pero esa es otra historia.

Lo mejor es que es que cualquiera con una computadora puede hacer este mismo análisis y después dejar un comentario en este blog (lol), todos podemos ser investigadores de la veracidad de un video, pues las herramientas que aquí utilicé son gratuitas. :) 

Pregunta para pensar.
¿Qué es mejor: escoger para el análisis un objeto alejado u otro cercano (ambos en el fondo)?

Si combino una araña con un helicóptero obtengo esto...



Esta es la combinación de un hexacoptero con un hexapodo. Las dos maquínas son totalmente funcionales con un peso de 10.8 libras y se controlan por separado (como se puede ver en el video). El cacharro puede caminar superando diversos obstáculos, pero también puede volar.

Más aún, se puede ver que el aparato -en esta etapa- es capaz de alzar y sostener pesos grandes, aprox. 4 kilogramos.

Todo un juguete para mi lista.

Un clásico tiro de fantasía en física, análisis del video.

La demostración llamada “el mono y el cazador” es un clásico en los cursos de mecánica clásica. Es importante porque demuestra la descomposición de vectores, además revela la conexión entre el tiro parabólico y la caída libre –que están sujetas a la misma fuerza de atracción vertical (F = mg)– que hace posible que el tiro acierte en la diana. Más aún, son un primer acercamiento para realizar sofisticados movimientos. Por ejemplo, acoplamientos de naves espaciales, como el logrado  por la nave Progress M-17M a la estación espacial internacional (ISS).

Este es un link de la demostración en cuestión: MIT Physics Demo -- Monkey and a Gun.

Sin embargo, la demostración requiere tener las herramientas de sincronización para que la caída del mono y el dispara empiecen al mismo tiempo. Muchas escuelas carecen de este material e incluso el espacio adecuado para ejecutar la demostración.  Afortunadamente, se pueden pueden usar videos de YouTube y otros medios en Internet para presentar esta y otras demostraciones.

Mejor aún, estas demostraciones en video pueden ser la base para realizar un estudio más profundo, complementar el tema de física y mejorar las habilidades de análisis de los estudiantes.

Por ejemplo, utilizando el programa de análisis Tracker se puede obtener una medición de la gravedad g tanto para el proyectil y el mono en sus respectivos movimientos, con lo cual se comprueba que el video es real, sin montajes chapuceros –como los que suelen presentar los comerciales.  Estos las etapas que realice para medir simultáneamente g del video.

Para descargar el video utilice un programa llamado YTD video downloader.  Después, inserte el video en Tracker, seleccione para el estudio los cuadros 1573 al 1621 (aprox. 1.6 s); el marco de referencia lo situé lo más cerca posible del disparador, mientras que supuse que el muchacho que aparece en el video mide 1.8 m para situar la barra de calibración –esencial para tener las medición referente al mundo real.

Finalmente, cree dos marcadores: una masa puntual para el mono y otra para el proyectil. Siguiendo la trayectoria en las imágenes, cuadro a cuadro forme automáticamente las gráficas para analizarlas en el mismo programa. En las Fig. 1 se pueden ver capturas de pantalla de este estudio.

Captura de pantalla de el video analizado. Se muestran las trayectorias del muñeco y el proyectil. Además se muestran las gráficas del movimiento vertical de los dos objetos.
Tomando en cuenta que el desplazamiento vertical cerca de la Tierra –tanto en la trayectoria en caída libre y tiro parabólico– obedecen la siguiente ecuación:


En este momento estoy interesado en las g calculadas.   Así que mediante un ajuste de datos seleccionados a una ecuación de parábola (que Tracker obtiene automaticamente), comparo el coeficiente del término al cuadrado.   Encontrando que la g_mono es aprox. 9.9 m/s^2 (error porcentual de 1%), mientras g_proyectil es de aprox. 10.3 m/s^2 (error porcentual de 5%).

En ambos casos el error de ajuste es ínfimo (una desviación RMS menor de 1).  El error calculado de las g’s es pequeño y están dentro de un amplio intervalo de confianza.  Por lo cual la medición es exitosa.  Con todo, debo de reconocer que el punto clave es seleccionar adecuadamente la distancia para la barra de calibración, sin este dato sólo se podría demostrar que las aceleraciones de los dos objetos son muy similares.

Este ejemplo de análisis de videos de YouTube demuestra que además de emplear los videos para hacer demostraciones que motiven a los estudiantes, también se pueden emplear como sujetos de estudio, lo cual incrementa los usos didácticos y complementarios en un curso de física. Mejor aún, nos permite llevar a los temas de física profundos y significativos a los intereses de los estudiantes, cualquiera que estos sean.

Pregunta para pensar:
¿En el espacio exterior o en otro planeta funciona esta demostración?

Video: golpes de martillo, elevan la temperatura, tanto como para encender un cigarro



Estas imágenes se han hecho muy populares en los últimos días. El videos es real, muestra que parte de la energía mecánica del martillo hace vibrar a las moléculas del metal, por lo que se eleva la temperatura.

Desconozco cuanto temperatura se necesita para encender un cigarro, con ese dato se podria proponer un interesante ejercicio de termodinámica.

Aprendizaje colaborativo analizando la física del video del juego Street Fighter

Es obvio que los video-juegos son populares en nuestra sociedad, por lo cual son un buen pretexto para usarlos para motivar una clase de física.  Algunos videojuegos se basan en ser realistas para atraer la atención de los compradores/usuarios, por lo cual requieren que sus personajes cuenten con las proporciones adecuadas y los movimientos correctos; de manera que si saltan deben obedecer a las leyes de la física que gobiernan el mundo real.

Como ejemplo, obtendremos la gravedad g en el juego Street Fighter.  Este juego de peleas era muy popular en las Arcadias desde finales de los 80s.  Muestra personajes humanos golpeando, recibiendo impactos y saltando; usaremos esos brincos para nuestro análisis.  Este es el video de mi estudio:



Cómo hacemos el análisis
De acuerdo con la teoría, el centro de masa de los humanos esta cerca de la panza/cintura, este punto especial describe una trayectoria sencilla de analizar en cualquier clase de salto: una parábola. Efectivamente, podemos separar nuestro análisis para el eje-x, el cual mostrará una velocidad constante v_x durante el salto:


En contraste, la otra componente del análisis, el movimiento del eje-y es descrito por la siguiente ecuación en función del tiempo t:


Estamos buscando la aceleración g del juego y la vamos a comparar con nuestra realidad en la Tierra.

El análisis del juego lo realice con el programa libre: Tracker.  Las imágenes son adecuadas pues los personajes se mueven sobre un único plano, no hay efectos de cámara (zooming, panning o alteraciones de tiempo).  De modo que se requieren habilidades básicas para usar el programa y obtener resultados precisos.

Básicamente se trata de relacionar la posición de los pixeles con una distancia, el tiempo lo proporciona el mismo programa, pues los videos cuentan con información de cuantos cuadros se desplazan por segundo.  Para calibrar la distancia, encontré que Ryu —el pelirojo de la imagen de este post y uno de los protagonistas del juego— tienen una altura de 1.75 m.  Con toda esta información realice mi análisis en cada uno de los luchadores del juego.  En la imagen de abajo pueden ver una captura de pantalla del estudio correspondiente al primer salto del personaje Retsu.

Captura de pantalla de Tracker, del lado izq. vemos la traza de la trayectoria del monje (puntos rojos), así como el eje de coordenadas (linea morada) y una linea para calibrar distancias (lineas azul).  De lado derecho de la imagen se encuentra el análisis del video tanto para eje-x (puntos azules) como para el eje-y (linea roja).
Resultados
El análisis revela que todos los personajes saltan más de 2.2 metros.  Suficiente altura como para atascar un balón de basquetball en su aro.

Encontré que el movimiento del eje-x es bien descrito por una linea recta, como lo describe la teoría.  Mientras que el eje-y puede ser descrito por una parábola, por lo cual podemos obtener la g de este salto.  Afortunadamente, el mismo programa permite hacer ajustes matemáticos, de modo que nosotros podemos hacer la interpretaciones físicas a los resultados numéricos.

En promedio, eliminando 4 datos disparados, la gravedad del videojuego es g = 13.12 m/s^2, con una desviación estándar = 1.93  m/s^2.  Lo que implica un error relativo porcentual del 14.7%, que no es muy alto para esta clase de medición.

Comparando nuestro cálculo con la gravedad en la Tierra (9.8 m/s^2) tenemos una congruencia de del 33.9%.  Parece que el videojuego se desarrolla en un planeta más grande que la Tierra. Pero estudios similares muestran que a los programadores les gusta una gravedad alta para sus personajes, en las series de Mario Bros, la g más pequeña es mayor de 40 m/^2. Y en juegos como Angry Birds es conveniente que la gravedad se la que experimentamos cotidianamente, de otro modo las proporciones de los personajes serian más disparatadas.

Ejercicio
Ahora bien, le puedes pedir a tus alumnos que formen equipos, que analicen a detalle el salto  (gravedad, velocidad, alcance y altura máxima) de uno de los personajes.  Después todo el grupo mostrara sus resultados y llegaran a una conclusión general.  Puedes hacer un análisis comparativo: que tus alumnos graben saltos reales y que midan g con esta técnica, entre otros muchos ejercicios que te hemos recomendado en este blog.  Efectivamente para hacer este ejercicio se requiere computadora, pero ningún otro gasto. Con todo, los anal sis de video se pueden aplicar en experimentos reales o fenómenos que vemos en la calle... Pero esa es otra historia, para una próxima entrada

Dinos:
1) ¿Qué otros video juegos se pueden analizar con esta técnica?,
2) ¿Cómo se puede localizar el centro masa de una persona?
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