MOVIMENTO RETILÍNEO
Colégio Estadual Professor Edilson Souto Freire
E-mail:
lourival.lmajunior@gmail.com
Ian D’Oring Augusto – Aluno da rede estadual
Lourival Miguel dos Anjos Junior – Aluno da rede
estadual
William Dores – Aluno da rede estadual
Samuel
Nunes de Santana – Professor de física da rede estadual
RESUMO:
O
presente relatório tem por objetivo expor os dados obtidos em nosso experimento
sobre movimentos e aceleração, além de chamar atenção sobre a forma como a
física tem sido ensinada nas escolas.
Palavras
chave: Experimento, Movimento, Física,
Aceleração.
1.
INTRODUÇÃO
Movimento
é uma das coisas mais comuns no nosso dia a dia e ao longo do desenvolvimento
da humanidade surgiu a necessidade de estudá-lo. Essa necessidade é tão notável
que a física tem um ramo dedicado a esses estudos que é a mecânica. O estudo
dos movimentos pode ser facilmente encontrado em livros didáticos, os quais estão
repletos de questões envolvendo situações hipotéticas sobre esse assunto, nesses
livros didáticos é muito comum encontrarmos a mecânica sendo abordada com base
em tipos de movimentos, a saber: Movimentos uniformes (MU), os quais possuem
velocidade escalar instantânea constante (RAMALHO et al. 2007 p. 32) e
Movimentos uniformemente variados (MUV), cuja velocidade escalar varia com o
tempo (RAMALHO et al. 2007 p. 47), bem como as ramificações para esses
movimentos como é o caso de movimentos retilíneos uniformes (MRU) e movimentos
retilíneos uniformemente variados (MRUV).
Infelizmente
os livros didáticos apresentam os assuntos de forma muito sucinta e isso não
instiga o aluno a aprender mais sobre a física, pois nesses mesmos livros as experiências
são tratadas como atividades isoladas o que direciona o aluno apenas a parte
teórica dos assuntos. Além disso, a forma como os assuntos são abordados faz
parecer que as fórmulas apresentadas servirão para todo e qualquer evento da
natureza e do nosso cotidiano.
O
experimento a seguir levará em conta tanto a forma de análise para esses
movimentos encontrada em livros como as formas alternativas de realizar esses
cálculos. Após o experimento faremos a análise do mesmo e utilizaremos um
software para nos auxiliar neste trabalho.
2.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
2.1
OS
ITENS
Neste experimento criamos um estrutura especial feita de madeira como pode ser
visto a seguir.
Figura 1: Estrutura do experimento.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Essa
estrutura será a base para um espeto de churrasco que servirá de guia para a
esfera que iremos analisar. Para acoplar o espeto utilizamos um pedaço de fita
isolante.
Nessa
mesma base adicionamos também uma fita métrica e um transferidor que irão nos
auxiliar nos cálculos e nas medições.
A
fita métrica foi colada na madeira da lateral para uma melhor visualização.
O
transferidor foi acoplado a estrutura utilizando fita isolante e um prego, note
também que esse prego formará uma espécie de “pendulo”, pois prendemos neste
prego um pedaço de linha de costura e na outra ponta colocamos um peso de
alumínio.
A
esfera que utilizaremos é uma esfera emborrachada retirada de um mouse.
Pintamos essa mesma esfera com tinta guache laranja para não haver problemas
com a captura do vídeo fato que atrapalharia nossa análise no software.
Figura 2: Esfera de mouse.
Fonte:
Elaborada pelos autores
Para
gravar o vídeo utilizamos um celular com uma câmera de 5.0 mp. Este celular foi
colocado num tripé para garantir uma melhor captura de imagem.
2.2
PREPARAÇÃO
De
início resolvemos verificar a estrutura e os dados disponíveis, fizemos o
seguinte:
Para
assegurar a precisão do pendulo colocamos a base em uma superfície plana para
que este marcasse 90°, isto é um angulo reto. Vimos então que era necessário
ajustar a posição do transferidor até que o pêndulo marcasse o angulo desejado.
Como na imagem a seguir:
Figura 3: Pêndulo marcando 90° no transferidor.
Fonte:
Elaborada pelos autores.
Feito
esta etapa colocamos a esfera na estrutura com o intuito de marcar na fita onde
seria a posição final do corpo, note que a fita isolante foi colocada um pouco
antes da ponta do espeto, caso a esfera passe da marcação da fita haverá uma
alteração considerável no movimento. Sendo assim marcamos a posição final em
38cm.
Figura 4:
Marcando a posição final.
Fonte:
Elaborada pelos autores.
2.3
EXECUTANDO
Depois
que tiramos as medidas necessárias partimos para a ação. Primeiramente
ajustamos toda a estrutura para que ficasse num angulo de 3°, para isso
colocamos a mesma em uma superfície plana e em seguida colocamos alguns objetos
em baixo da estrutura até que o pendulo marcasse o grau desejado. Feito isso
ligamos a câmera do celular e começamos a gravar o vídeo. Em seguida, colocamos
a esfera no início do espeto onde a marcação da fita indica 0cm, prendemos a
esfera com o auxílio de uma régua e em seguida retiramos a mesma. A esfera fez
o seu deslocamento e com isso nosso vídeo estava pronto para ser analisado.
Figura 5: Esquema básico do experimento.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Nesta
etapa editamos o vídeo a fim de retirar a faixa de áudio e em seguida
utilizamos um software de análises chamado Tracker ™.
O
Tracker é um software de análise de vídeo desenvolvido pela Opens Source
Physics ™ para uso no ensino da Física. Para executar esse programa é
necessário ter a versão mais recente do Java™ e um software de
reprodução multimídia instalados no computador.
Ao
iniciar o programa abrimos o vídeo do experimento, este dura 5,8 segundos.
Mudamos a unidade de tempo do programa para frames, com isso pudemos ver que o
vídeo possui 175 frames. Como a maior parte do vídeo não mostra a execução do
experimento fizemos alguns cortes no vídeo utilizando o mesmo programa,
ajustamos o frame inicial para 82 e o último frame para 118, além disso
colocamos um salto de 4 frames. Com essa mudança iremos analisar o vídeo a
partir do exato momento que a esfera parte do repouse e entra em movimento.
Ainda
no Tracker adicionamos os eixos, onde X corresponde a superfície onde a
estrutura está e Y ao início da estrutura. Adicionamos também uma bastão de
calibração que corresponderá ao local e a medida da fita métrica utilizada no
experimento, vale salientar que a unidade de comprimento utilizada pelo Tracker
é o centímetro, assim como a fita métrica o bastão terá a medida de 38cm. Após
isso adicionamos um ponto de massa e utilizamos a opção de procura automática
do programa e definimos que o alvo a ser seguido seria o ponto de massa que
criamos anteriormente. Agora que temos o nosso objeto de estudo, vamos aos
resultados.
3.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Chegou
enfim o momento das análises, nessa etapa obtivemos os seguintes dados:
No
gráfico abaixo podemos ver o movimento realizado pela esfera, numa observação
mais superficial é normal tratarmos este movimento como MRUV, mas se
observarmos bem veremos que a aceleração acaba variando, mas não uniformemente,
o que elimina de vez essa suposição.
Figura 6: Gráfico – Ponto de massa A (t,x).
Fonte:
Elaborada pelos autores.
Como
o movimento não é uniforme também podemos deixar de lado qualquer suposição de
que esse movimento pudesse ser MRU.
A
tabela abaixo mostra com mais detalhes o movimento e sua variação. Essa mesma
tabela pode nos confirmar que esse movimento não é MRUV nem MRU. Mesmo sem um
veredito sobre qual o tipo do movimento vamos continuar a análise.
Figura 7: Tabela com detalhes do movimento.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Como
pode ser visto na imagem a seguir, o Tracker também mostra a aceleração do
corpo, bem como a equação que o software utiliza para fazer este tipo de
análise.
Figura 8: Gráfico(x,t) do movimento
realizado pela esfera e dados da equação.
Fonte:
Elaborada pelos autores.
A
equação que o Tracker utiliza se trata de uma função quadrática, neste tipo de
equação A, B e C são números reais e A ≠
0.
Com
esses dados é normal ficarmos em dúvida quanto a confiabilidade do software,
por isso realizamos o cálculo da aceleração por conta própria e em seguida
comparamos os resultados. Tomamos por base a seguinte representação:
Figura 9: Plano inclinado com atrito desprezível
Fonte:
Prof. Samuel Nunes de Santana.
Assim obtivemos a fórmula: 
Como
o grau de inclinação da estrutura é de 3°, o seno de θ
é igual a 0,0523359 e o valor de g é de 9.8 m/s², logo:
Devemos
considerar que o valor da aceleração mostrado pelo Tracker foi divido por 2 e
que a unidade de medida do programa é em cm/s² por isso:
Levando
em conta que o valor calculado não considera a resistência do ar, vamos
calcular o erro relativo entre esse valor e o obtido com o Tracker.
Assim
temos uma margem de erro de 5,88% entre o valor exato da aceleração e o
valor obtido no Tracker para fins práticos arredondamos este valor para 6%.
4.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Agora
que chegamos ao final deste experimento podemos notar que algo ficou em aberto,
afinal não chegamos a um consenso sobre qual era o tipo de movimento realizado
pelo corpo. O próprio Tracker nos forneceu um gráfico em forma de parábola no
qual através de uma aproximação da imagem podemos notar algumas imperfeições no
que diz respeito ao traçado do gráfico e a representação do movimento.
Figura 10: Gráfico(x,t) do movimento
realizado pela esfera e dados.
Fonte:
Elaborada pelos autores.
Tendo
isso mente não podemos classificar esse movimento como um “MRUV perfeito”. Este
pensamento pode ser caracterizado como uma forma comum de um estudante do
ensino médio pensar, pois os livros didáticos costumam ensinar desta forma,
porém sabemos que na física não existem valores exatos e sim aproximações.
No
entanto, com esse experimento podemos ver que ainda existem coisas a serem
melhoradas nos livros didáticos de física, pois partimos de uma abordagem como
aquela vista em livros, na qual primeiramente classificamos o movimento e em
seguida realizamos os cálculos, porém com a prática podemos perceber que esse
tipo de abordagem não é o suficiente, pois dessa forma teríamos parado na
primeira etapa. Como mencionado anteriormente, o Tracker fornece uma função
quadrática, a qual o software usa para fazer os cálculos, nós utilizamos dados
dessa equação para comparamos ao nosso resultado, e este por sua vez foi
calculado de uma forma pouco convencional em relação a forma ensinada no ensino
médio. Considerando essas informações podemos ter uma ideia do porquê de os
estudantes brasileiros obterem notas tão baixas no Programa Internacional de
Avalição de Estudantes (Pisa), que avalia a qualidade da educação dos países
participantes. Logo podemos concluir que o método de ensino da física nas
escolas deve passar por uma mudança na qual o aluno seja instigado a aprender
através do raciocínio e da prática para que o mesmo desenvolva melhor suas
capacidades.
REFERENCIAS
GONÇALVES
FILHO, Aurelio. TOSCANO, Carlos. Física e realidade: Ensino médio física, 1.
2. ed. São Paulo: Scipione, 2012.
OLIVEIRA,
Naysa Crystine Nogueira. Relação da parábola com o delta da função do
segundo grau; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/matematica/relacao-parabola-com-delta-funcao-segundo-grau.htm>.
Acesso em 18 de outubro de 2016.
RAMALHO
JUNIOR, Francisco. GILBERTO FERRARO, Nicolau. TOLEDO SOARES, Paulo Antônio de. Os
fundamentos da física. 9. ed. São Paulo: Moderna, 2007.
