Gráficos de posição e de velocidade versus tempo para o estudo dos movimentos

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1 Coltec/UFMG Física 1º Ano Gráficos de posição e de velocidade versus tempo para o estudo dos movimentos Introdução Nesta atividade, nós iremos produzir e interpretar gráficos de gráficos de posição versus tempo e de velocidade versus tempo a partir do aplicativo O homem em movimento, que está disponível no link Ao abrir o aplicativo, podemos observar duas abas azuis no canto superior esquerdo da janela: Introdução e Gráficos. Clique na aba Gráficos e observe que, abaixo da imagem de um homem com as mãos na cintura, aparecem três tipos de gráfico. Note, também, que existem paredes nas extremidades da reta numerada sobre a qual o homem se desloca. Há quadradinhos vermelhos marcados com um X nessas paredes. Clicar em um desses quadradinhos faz com que ambas as paredes desaparecem. Para fazê-las retornar ao cenário, basta clicar em um dos quadradinhos verdes que surgem nos locais onde antes apareciam os quadradinhos vermelhos. De início, vamos desabilitar o gráfico de aceleração. Para fazer isso, basta clicar no quadradinho vermelho que aparece no canto superior direito da área destinada à exibição do gráfico. Essa ação irá aumentar a região da janela dedicada aos gráficos de posição versus tempo e velocidade versus tempo. Além disso, adiará o tratamento formal do conceito de aceleração que será realizado em uma próxima atividade. Exploração I- A função dos botões deslizantes de posição e velocidade I.1. Experimente mover, de um lado para o outro, o botão deslizante azul ( ) que permite variar a posição do homem representado no aplicativo. Observe o efeito dessa operação sobre: (i) a localização do homem situado sobre o sistema de referência (reta com valores de posição dados em metros); (ii) o display que apresenta valores de posição, dados em metros; (iii) o display que apresenta valores de velocidade, dados em metros/segundo. Com base em suas observações, responda: (a) o que significam os sinais positivo e negativo associados aos valores de posição? (b) como o movimento do mouse afeta o módulo ou, em outras palavras, a intensidade da velocidade? I.2. Experimente mover, de um lado para o outro, o botão deslizante vermelho ( ) que permite variar a velocidade do homem representado no aplicativo. Observe o efeito dessa operação sobre a orientação do corpo do homem, que às vezes é mostrado de frente e às vezes de perfil. A partir de suas observações identifique o significado dos sinais positivo e negativo que são atribuídos aos valores de velocidade mostrados no display. Exploração II- Gráficos de movimentos retilíneos e uniformes (com velocidades constantes) Na faixa cinza situada na área inferior da janela aberta pelo aplicativo, note a presença das funções Gravar e Reproduzir. Quando a função Gravar está ativa, apenas o botão Iniciar ( ) fica disponível. Após definir valores inicias para a posição e a velocidade, um clique no botão ( ) dá início ao movimento, enquanto o botão iniciar se transforma no botão Pause ( ). O término da gravação de um trecho de movimento é realizado com o botão ( ). A realização de uma gravação, nos permite acionar a função Reproduzir, situada abaixo da função Gravar. Quando a função Reproduzir é ativada, os botões Iniciar ( ) e Avançar Passo a Passo (I ) tornam-se acessíveis. No lado direito do botão (I ) existe um botão deslizante que nos permite alterar a velocidade da reprodução do movimento. Quando um trecho gravado é totalmente reproduzido, o botão Retroceder ( ) se torna acessível. Esse botão nos permite reproduzir novamente o trecho gravado, quantas vezes forem necessárias para a análise do movimento. Novos trechos de movimento podem ser gravados um após o outro. Podemos, também, limpar um trecho gravado com o botão retangular situado no lado esquerdo das funções Gravar e Reproduzir. II.1. II.2. Escolha valores iniciais para a posição do homem e para a velocidade que ele terá quando o botão ( ) for acionado. Grave, reproduza e observe o movimento do homem, bem como os gráficos: posição versus tempo e velocidade versus tempo. Note que é possível alterar as escalas dos gráficos clicando sobre botões semelhantes a lupas no interior dos quais aparecem os sinais + e -. Ajuste as escalas para melhorar a visualização dos gráficos. Com base no movimento observado e nas características dos dois gráficos, responda: por que um dos gráficos apresenta um segmento de reta inclinado, enquanto outro apresenta um segmento de reta sem inclinação? Mantenha a posição fixa em 5 metros e defina o valor da velocidade como zero (0) m/s. Depois, aperte o botão ( ) por alguns instantes e interrompa a gravação usando o botão ( ). Observe, então, a aparência dos gráficos de posição e velocidade versus tempo que serão produzidos. Use uma ferramenta de captura de tela

2 Coltec/UFMG Física 1º Ano II.3. e guarde esses gráficos em um arquivo de texto 1. Feito isso, retorne a posição para o valor zero (0) metros e faça a velocidade ficar fixa no valor 5 metros/segundo. Aperte o botão ( ) por alguns instantes e interrompa novamente a gravação. Guarde os novos gráficos no mesmo arquivo de texto para compare as duas situações e os gráficos a elas associados. Qual a diferença entre os gráficos produzidos na situação na qual mantivemos fixa a posição em 5 metros e aqueles gerados na situação em que a velocidade foi mantida fixa em 5 metros/segundo? Adotando procedimentos sugeridos na nota de rodapé desta página você deve produzir e registrar novos gráficos gerados a partir de alterações no: (i) valor (ou módulo ou intensidade) da velocidade atribuída ao movimento; (ii) no sinal da velocidade que pode ser tanto positivo, quanto negativo. Comparando os gráficos produzidos a partir dessas alterações, responda: (a) como o aumento da velocidade modifica a aparência dos gráficos de velocidade versus tempo e posição versus tempo? (b) é correto dizer que módulos de velocidade maiores estão associados aos gráficos de posição versus tempo com inclinações maiores? (c) a alternância entre velocidades positivas e negativas produz que tipos de mudança nos gráficos de velocidade versus tempo e posição versus tempo? Exploração III- Gráficos de movimentos mais complexos Colocando o mouse sobre a imagem do homem no cenário mostrado na parte superior da janela, o ícone do mouse passa a apresentar a aparência de uma luva branca. Clicando e arrastando o homem enquanto o mouse mantém a aparência de uma luva branca, podemos produzir situações e gráficos de movimento mais complicados. Usando esse recurso, produza movimentos mais complexos e observe os gráficos que registram esses movimentos. Experimente alternar entre movimentos mais lentos ou mais rápidos, bem como produza movimentos nos quais ocorrem mudanças de sentido. Depois de gravar os movimentos e acionar a função Reproduzir, ao invés de apertar o botão ( ), você pode dar um clique com o mouse sobre a estreita faixa de cor azul clara que aparece no lado esquerdo dos gráficos. Ao arrastar essa faixa reproduzimos os movimentos que serão exibidos mais rápida ou lentamente, a sua escolha. A vantagem desse procedimento é que você pode parar a animação na posição que você quiser e retomá-la ao voltar a arrastar a faixa azul. Além disso, é possível retroagir o movimento puxando a faixa para a esquerda, como se tivéssemos rebobinando a gravação. Produza movimentos que são iniciados em certo sentido, depois interrompidos por alguns instantes com a manutenção do homem em repouso e, por fim, retomados no sentido contrário. Analise os gráficos para entender como eles descrevem o movimento que pode ser observado nos deslocamentos do homem mostrados na parte superior da janela aberta pelo aplicativo. Exploração IV- Introdução qualitativa ao conceito de aceleração A FIG. 1 apresenta uma situação na qual uma esfera descerá uma rampa. Antes de o movimento acontecer, o sujeito situado na base da rampa foi convidado a espalhar bandeiras pelo caminho, de modo que o intervalo de tempo transcorrido na passagem da esfera por duas bandeiras sucessivas seja sempre o mesmo. Tente espalhar as bandeiras de modo a atender esse requisito. Faça o mesmo na FIG. 2, que mostra uma situação na qual a esfera subirá a rampa. Compare a disposição final das bandeiras nas rampas das FIG. 1 e 2. FIG. 1 FIG. 2 Exploração V- Gotas de óleo sobre uma pista Acompanhe a apresentação, feita pelo professor, dos slides Análise de movimentos a partir de gotas de óleo derramadas sobre a pista. Faça todas perguntas necessárias ao professor para entender os exemplos de gráficos apresentados. Imprima os slides que são reproduzidos a seguir e cole-os em seu caderno. Faça as anotações que julgar necessárias para registrar sua compreensão sobre os tipos de gráficos apresentados e os conceitos a eles associados. O registro deve ser feito de tal modo que você possa utilizar seu caderno para se preparar para o teste que daremos sobre o tema Descrição quantitativa dos movimentos. 1 Na falta de uma ferramenta de captura específica, você pode usar a tecla PrtScr (Print Screan, em inglês, ou imprimir tela, em português). Essa tecla costuma ficar na parte superior direita dos teclados dos computadores. Senão for possível capturar as telas com as imagens dos gráficos, registre um esboço dos gráficos produzidos no seu caderno.

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