Videoanálise com o software livre Tracker no laboratório...
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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. 469-490, set. 2012. Disponível
em: http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/2175-7941.2012v29nesp1p469. Acesso em: 15 abr. 2013.
OBJETIVO DO ARTIGO
• Neste trabalho, são apresentados resultados obtidos explorando o software livre Tracker, destinado à análise de vídeos de movimento quadro a quadro.
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.
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.
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.
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”.
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: http://www.inds.co.uk/education/sensors/photogate.htm
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).
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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;
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.
MOVIMENTO PARABÓLICO
• A análise dos dados é feita através da transferência dos valores para uma planilha eletrônica.
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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.
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:
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.
SEGUNDA LEI DE NEWTON
• Tabela de dados da aceleração para diferentes valores da massa suspensa (M).
SEGUNDA LEI DE NEWTON
• Tabela de dados da aceleração para diferentes valores de massa do carrinho (m)
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:
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.
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).
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);
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.
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. 469-490, set. 2012. Disponível em: http://www.periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/2175-7941.2012v29nesp1p469. Acesso em: 15 abr. 2013.
• 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. 158-167, 2002. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806-11172002000200012&script=sci_arttext . Acesso em: 15 abr. 2013.
• 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), 2010. Disponível em: http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/321503.pdf. Acesso em: 15 abr. 2013.