Videoanálise com o software livre Tracker no laboratório didático de Física: movimento parabólico e segunda lei de Newton

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1 Videoanálise com o software livre Tracker no laboratório didático de Física: movimento parabólico e segunda lei de Newton BEZERRA, Arandi Ginane Bezerra Jr et al. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v.29, n.esp1, p , set Disponível em: Acesso em: 15 abr

2 OBJETIVO DO ARTIGO Neste trabalho, são apresentados resultados obtidos explorando o software livre Tracker, destinado à análise de vídeos de movimento quadro a quadro.

3 OBJETIVO DO ARTIGO O objetivo principal é demonstrar algumas potencialidades do uso do Tracker para o estudo do movimento em aulas de física. Neste artigo são analisados o movimento parabólico e a segunda lei de Newton.

4 INTRODUÇÃO Crescente interesse no uso da Tecnologias de Informação e Comuncação (TIC) no ensino de física. Uso das TIC colaborando com um aprendizagem mais efetiva e autônoma. Nesse sentido, é importante a realização de atividades experimentais significativas, mediadas por tais tecnologias.

5 INTRODUÇÃO O uso do computador como instrumento para aquisição de dados nos laboratórios didáticos tem sido amplamente explorado. Nesse contexto, a videoanálise apresenta grande potencial.

6 INTRODUÇÃO Videoanálise com o software tracker abre espaços para laborátorios não estruturados e atividades Predict Observe Explain (POE). Por ser um software livre, vai na contramão dos pacotes experimentais fechados, e do uso de caixas pretas.

7 INTRODUÇÃO Exemplos de formas de aquisição de dados de posição/tempo existentes.

8 FORMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS FOTOGATES - Sensores fotoelétricos que medem a posição e tempo de um objeto em movimento e enviam estes dados para um computador. Fonte:

9 FORMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS VIDEOANÁLISE Coleta de dado utilizando vídeos ou imagens. Formas de uso de videoanálise: Análise de fotografias digitais utilizando modo burst" (CATELI et al., 2009); Conversão de vídeos em VHS par vídeos digitais em AVI (BARBETA; YAMAMOTO, 2002); Uso de software livre TRACKER (BROWN; COX, 2009; OLIVEIRA et al., 2011).

10 TRACKER Tracker é um programa ligado ao projeto Open source Phisics (Davidson College) que cria programas abertos destinados ao ensino de física. Ele permite a análise de vídeos quadro a quadro, a partir de vídeos feitos como cameras digitais, web cams e celulares.

11 TRACKER

12 VANTAGENS DO TRACKER Em relação aos outros métodos de videoanálise: Simplificação dos procedimentos e eliminação de tarefas intermediárias. O software Tracker identifica o número de quadros por segundo, bem como fornece valores de distância a partir de um padrão.

13 VANTAGENS DO TRACKER É adequado ao tempo e espaço onde ocorreria um aula de laboratório de física, ou mesmo como apoio a uma aula expositiva É um software livre, permitindo a distribuição gratuita, cópia, tradução para outros idiomas, etc.

14 VANTAGENS DO TRACKER Em relação a aquisição de dados por fotogates: Não necessita de conhecimentos em eletrônica e programação, bem como não possui nenhum custo para aquisição de pacotes fechados de experimentos.

15 VANTAGENS DO TRACKER Não demanda circuitos eletrônicos, fios, conectores e interfaces que geram alguns pares ordenados; Pode gerar diversos pares ordenados, de acordo com a resolução da máquina. Ex.: Vídeo de 20 qps = 1 quadro a cada 0,05 s

16 DESVANTAGEM DO TRACKER Objetos com velocidades da ordem de dezenas de metros por segundos ficam borradas, requerendo câmeras com melhor resolução digital e encarecendo a realização dos experimentos.

17 PROCEDIMENTOS DE USO DO TRACKER Basicamente consiste nas seguintes etapas: Organização do experimento; Filmagem do movimento de interesse; Transferência do arquivo de vídeo para o programa já instalado no computador; Marcação dos pontos de movimento do objeto quadro a quadro; Obtenção dos dados de posição e tempo.

18 PROCEDIMENTOS DE USO DO TRACKER Experimentos de queda livre demanda cerca de 5 minutos para ser realizado, e o processo de transferência e marcação dos pontos demora cerca de 10 minutos.

19 MOVIMENTO PARABÓLICO

20 MOVIMENTO PARABÓLICO ETAPAS DO EXPERIMENTO Montagem experimental realizada com a participação dos alunos; A pista foi disposta de modo que o carrinho seja lançado numa trajetória paralela ao quadro; A câmera foi colocada a 5 metros paralelamente ao quadro para evitar erros de paralaxe;

21 MOVIMENTO PARABÓLICO A análise do movimento foi feita do ponto onde o carrino abandonou a pista até o ponto em que ele colide com a lousa. O carrinho executa um movimento parabólico, para o qual a resistência do ar pode ser desprezada.

22 MOVIMENTO PARABÓLICO

23 MOVIMENTO PARABÓLICO Dados da Posição Horizontal x Tempo

24 MOVIMENTO PARABÓLICO Dados da Posição Vertical x Tempo

25 MOVIMENTO PARABÓLICO Dados da Posição Vertical x Posição Horizontal

26 MOVIMENTO PARABÓLICO A análise dos dados é feita através da transferência dos valores para uma planilha eletrônica..

27 MOVIMENTO PARABÓLICO RESULTADOS Conduziu a resultados experimentais significativos relacionados a conceitos como: Independência dos movimento vertical e horizontal; Compreensão da natureza parabólica do movimento; Equações horárias do movimento acelerado e movimento uniforme.

28 SEGUNDA LEI DE NEWTON

29 SEGUNDA LEI DE NEWTON Desprezando o atrito de rolamento e a massa da roldana, a análise deste movimento pelos procedimentos usuais envolvendo as Leis de Newton conduz a expressão da aceleração abaixo:

30 SEGUNDA LEI DE NEWTON

31 SEGUNDA LEI DE NEWTON Dados da Posição x Tempo do carrinho.

32 SEGUNDA LEI DE NEWTON Neste experimento, foram realizados dois procedimentos distintos para análise da segunda lei de newton. Primeiro Massa suspensa variada, mantendo a massa do carrinho constante; Segundo Massa suspensa constante e massa do carrinho variável.

33 SEGUNDA LEI DE NEWTON Tabela de dados da aceleração para diferentes valores da massa suspensa (M).

34 SEGUNDA LEI DE NEWTON Gráfico da Aceleração para diferentes valores da massa suspensa.

35 SEGUNDA LEI DE NEWTON Tabela de dados da aceleração para diferentes valores de massa do carrinho (m)

36 SEGUNDA LEI DE NEWTON Gráfico da Aceleração para diferentes valores da massa do carrinho.

37 SEGUNDA LEI DE NEWTON Observa-se na equação das retas um coeficiente linear negativo, associado às forças dissipativas (atrito, resistência do ar, etc). Reescrevendo a equação temos:

38 SEGUNDA LEI DE NEWTON Numa análise mais avançada, acrescentaria-se o movimento de rotação das rodas do carrinho e da polia. Neste caso, as massas da polia e das rodas do carrinho são muito menores que as demais massas envolvida. Logo, foram desprezados os efeitos de rotação no experimento.

39 DISCUSSÃO E CONCLUSÃO A realização dos dois experimentos e seus resultados sugerem a importância do software como passível de aplicação em sala de aula. Tracker adiciona qualidade e praticidade às aulas de física em comparação ao uso de fotogates. (não exige aparatos instrumentais complexos).

40 DISCUSSÃO E CONCLUSÃO Estimula os estudantes a realizar os experimentos fora do ambiente escolar e interagir mais com a disciplina de física. A dinâmica da aula permite incluir discussões sobre procedimentos e experimentais tratamento e análise de dados. Seu uso escolar encaixa-se no tempo disponível em aulas típicas de ensino médio (50 min);

41 DISCUSSÃO E CONCLUSÃO Em poucas semanas os usuários são capazes de empregá-los na realização de experimentos. Atualmente um projeto piloto está em andamento para utilizar o Tracker em aulas regulares de física em uma escola pública em Curitiba-PR.

42 Referências Bibliográficas BEZERRA, Arandi Ginane Bezerra Jr et al. Videoanálise com o software livre Tracker no laboratório didático de Física: movimento parabólico e segunda lei de Newton. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v.29, n.esp1, p , set Disponível em: Acesso em: 15 abr BARBETA, V. B; YAMAMOTO, I. Desenvolvimento e utilização de um programa de análise de imagens para o estudo de tópicos de Mecânica Clássica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 24, n. 2, p , Disponível em: Acesso em: 15 abr CATELLI, F; MARTINS, J. A.; SILVA, F. S. Um estudo de cinemática com câmara digital. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 32, n. 1, p. 1503(1-7), Disponível em: Acesso em: 15 abr