¿Como Hacer La Gráfica De Un Movimiento Oscilatorio En Python?

INTRODUCCIÓN

El objetivo de este trabajo es presentar, entender y visualizar los pasos que se desarrollaron para lograr el funcionamiento del programa.

El programa y su objetivo:

- El objetivo de este programa es, partiendo de un video el cual muestre un movimiento oscilatorio podamos utilizar Python para lograr realizar la gráfica del movimiento. Ademas lo que también se pretende es conseguir determinar el área de la gráfica.

- Para lograr todos los objetivos que tenemos requerimos de una herramienta complementaria que nos permitirá hacer los respectivos análisis del movimiento del cual queremos desarrollar una gráfica. En próximos pasos se les contara un poco mas de mismo para entender como funciona y como podemos aprovecharlo.

Step 1: Preparación Para El Desarrollo Del Programa

¿Que es lo primero que se debe hacer?

Primero debemos saber que elementos necesitamos (materiales):

- Entendiendo que queremos analizar un movimiento, se debe grabar un video.

- Se necesita el programa Tracker.

¿Que debemos tener para comenzar?

Después de tener el video ya grabado, si lo grabamos desde cualquier otro dispositivo que no sea el computador, debemos tenerlo guardado e nuestros archivos.

El programa Tracker descargado en nuestro computador.

Step 2: Descarga E Importación De Librerías Para Python (IOS Y Windows)

Uno de los pasos mas importantes y absolutamente necesarios para el desarrollo del código del programa, es saber primero que librerías de código necesito y como descargarlas para su uso. Como habíamos estipulado antes vamos a estar trabajando para desarrollar gráficas y ademas determinar valores de área en las respectivas gráficas, por lo que necesariamente necesitamos identificar y escoger pertinentemente la librería que se ajuste a nuestro objetivo. Por dicha razón se escogen y requieren las librerías matplotlib y numpy. Para realizar la descarga e importación al programa se deben seguir una serie de pasos dependiendo el sistema operativo que se tenga.

*El video que podemos visualizar en este paso nos explica como importar cualquier librería que se asocia a Python. En este caso en el video se puede observar la descarga y librerías para el sistema operativo Windows.

Para Mac (IOS):

En el caso del sistema operativo de Mac (IOS) existen algunas opciones de como descargar las librerías que requerimos. Algunas de estas son por ejemplo Anaconda y Miniconda. En el video que esta adjunto en este paso, sobre la descarga e importación de las librerías de Python a Mac, se explica utilizando la opción de Miniconda.

Se le recomienda poner mucha atención a los pasos para evitar posibles problemas si no se sigue el procedimiento establecido.

Para la importación directamente en el programa de Python de las librerías descargadas el paso es muy sencillo.

Para ambos sistemas operativos contando con las librerías correctamente descargadas, en las lineas de código de Python simplemente se debe importar la librería deseada con una función de

 import      y adicionalmente el nombre exacto de la librería (el nombre con el que se guardo la librería en los archivos del computador) 

Step 3: Tracker: ¿Porque Lo Necesitamos Para Nuestro Trabajo?

Tracker: Función

El programa Tracker es una herramienta muy útil para el análisis de movimientos de cualquier tipo. Este programa nos permite hacer el seguimiento de una masa, determinándonos sistemáticamente datos de velocidad, tiempo, distancia etc. Además el programa simplemente no nos da los datos pero ademas los puede comparar y graficar a medida que se realiza el seguimiento.

Para la descarga del programa sin importar el tipo de computador, de manera muy sencilla simplemente debe dirigirse al buscador de google y buscar la pagina oficial de Tracker. Habiéndola encontrado esta le ofrece las versiones para todos los sistemas operativos (IOS, Windows etc), donde usted escoge el que le corresponde y realiza la instalación. La descarga de este programa es gratuita.

Step 4: Uso De Tracker Y Análisis Del Video Para Realizar El Código

El uso de Tracker es muy sencillo. Después de que usted abra el programa simplemente abra el video que grabó en el software y haga el proceso de análisis y seguimiento.

Instrucciones básicas para el seguimiento:

- Para el seguimiento defina una masa y realice el seguimiento de manera autónoma o automática.

- Haga una calibración y establezca ejes de división que garanticen un mejor y mas preciso resultado en el seguimiento (encuentre estas opciones en la barra de herramientas del programa)

- Verifique que tenga datos válidos y verdaderamente posibles.

Step 5: Uso De Datos Sacados De Tracker Y Desarrollo Del Programa En Python

Después de tener completo el análisis del video con su respectivo seguimiento, se deben usar los datos obtenidos para desarrollar el programa que nos dará la curva y con el cual podremos sacar asimismo el era de la gráfica.

Para poder utilizar los datos debemos exportarlos directamente de Tracker y convertirlos en un archivo de tipo TXT para poder utilizarlo en la plataforma de Python.

Después de haber exportado los datos, el archivo se debe revisar para eliminar los encabezados que Python no toma y simplemente después no van a permitir correr el programa. Asimismo, se debe revisar que los datos, cuando estos son decimales tengan el punto y no la coma porque nuevamente Python no trabaja con las comas pero si con puntos.

Step 6: Código Y Área

Teniendo lista nuestra lista de datos podemos pasar desarrollar el código del programa donde para comenzar debemos trabajar con la librería matplotlib. Importamos nuestra lista de datos a el código donde se hace u a asignación a las variables X y Y de los datos para así poder realizar la gráfica. Después de dicha asignación es necesario desarrollar y acoplar las formulas del área de un trapecio para así lograr un resultado lo mas exacto posible sobre el área de la gráfica que estamos creando. En este caso se opta por acoplar la formula para determinar el área de un trapecio mediante un siclo de for. Este siclo podrá usar los datos que generan los puntos de la gráfica para poder determinar el área. Finalmente mediante un comando de sum se hace la respectiva suma de las áreas encontradas de la gráfica.

Como objetivo de nuestro programa buscábamos analizar el comportamiento del movimiento en las variables Vy sobre T, por lo tanto es fundamental que esta variables se establezcan mediante labels para darle mayor claridad a la gráfica y al análisis hecho. (T en el eje x y Vy en el eje y)

Step 7: Ejecución Del Código

Después de haber podido desarrollar el programa de una manera correcta y que además corresponda con el objetivo trazado se corre para hacer los ajustes y corregir cualquier tipo de errores. La parte de probar y corregir es muy importante, ya que te permite hacer ajustes importantes resultando cada vez mas en un mejor resultado.

import numpy as np<br>import matplotlib.pyplot as plt 

data=np.loadtxt("Datos movimiento TEC.txt")

x=data[1:300,1]

y=data[1:300,0]

AREA=[]

for r in range(len(x)-1):
   

 x1=x[r]
  

y1=y[r]   

x2=x[r+1]
    

y2=y[r+1]
    

A2=(x2-x1)*(y1+y2)/2
    

AREA.append(A2)

print("El area de la grafica del movimiento es") 

print (sum(AREA))
                 

plt.xlabel("T") 

plt.ylabel("Vy") 

plt.plot(y,x) 

plt.fill_between(y,x) 

plt.show()

Step 8: Resultado Final (Gráfica Y Área Del Análisis De Un Movimiento Oscilatorio)

Para concluir, es este paso simplemente vamos a observar que como debería ser nuestro resultado final.

Con este programa se puede hacer cualquier tipo de análisis en movimientos oscilatorios.