LABORATÓRIO VIRTUAL DE FÍSICA: ESTUDO DOS MOVIMENTOS UNIFORME E
UNIFORMEMENTE VARIADO
R. Macedo, A. Moro, M. Assunção
Universidade Federal de São Paulo/ Departamento de Ciências Exatas e da Terra, Rua Artur Ridel, 275, Jd
Eldorado, Diadema, CEP 09972-270, [email protected]
Resumo- O Laboratório Virtual de Física (LVF) é um projeto da UNIFESP Diadema para que os professores
do ensino público possam motivar e complementar suas aulas teóricas. O LVF poderá ser empregado como
uma ferramenta adicional às aulas de Física no Ensino Médio e de Ciências no Ensino Fundamental. No
LVF serão abordadas experiências relacionadas com Cinemática e Dinâmica, Hidrostática e Hidrodinâmica,
Termodinâmica, Eletricidade e Magnetismo. Em particular, neste trabalho foi analisado o experimento de
Estudo de Movimento Uniforme e Uniformemente Variado. As informações que compõem a Base de Dados
foram extraídas dos relatórios elaborados pelos estudantes das unidades curriculares de Física da
UNIFESP-campus Diadema. A seleção dos dados que efetivamente farão parte do LVF ocorre no decorrer
da análise dos dados. Os programas do sistema Windows são empregados para a análise estatística dos
dados. Na produção do portal LVF, os textos forão elaborados numa linguagem de ensino a distância
Palavras-chave: Laboratório Virtual de Física, Movimento Uniforme e Variado, Ensino à Distância
Área do Conhecimento: Física
Introdução
O projeto pretende motivar o uso do ambiente
virtual como metodologia de ensino-aprendizagem
do ponto de vista quantitativo e qualitativo do
ensino da Física e de Ciências através dos
experimentos
simples
de
Mecânica,
Termodinâmica e Eletricidade e Magnetismo. O
objetivo reside na oportunidade dos alunos de
graduação atuar como agentes na propagação e
disseminação do conhecimento junto às escolas
públicas com a participação efetiva dos
professores dessas instituições.
O LVF pretende interagir com os professores e
alunos do Ensino Médio e Fundamental da rede
pública, principalmente na região de Diadema
onde a divulgação será pontual. Dados recentes
apontam que no município de Diadema possui
cerca de 90000 alunos matriculados em
aproximadamente 160 escolas públicas. Este
número demonstra o potencial desta iniciativa e
sua abrangência na região. Neste contexto, a
perpectiva do LVF está focada no aumento dos
dados experimentais já existentes, a possibilidade
de aumentar o repertório de experiências no
decorrer dos anos viabiliza a execução e a
permanência do LVF no ambiente digital.
O experimento de Movimento Uniforme e
Uniformemente Variado pode ser estudado no
contexto do ensino fundamental e ensino médio. A
proposta é usar o problema clássico do encontro
de dois móveis, livres do atrito, para verificar o
tempo e a posição de encontro. Outro aspecto que
pode ser estudado é o deslizamento de uma
esfera metálica sob um plano inclinado. Esse
experimento
caracteriza
o
movimento
Uniformemente Variado e pode elucidar o seu
comportamento através dos gráficos da distância
percorrida em função do tempo e da velocidade
em função do tempo.
Metodologia
Atualmente, o Laboratório Didático da
UNIFESP-Campus Diadema dispõe de milhares
de dados referente às montagens experimentais
de Física. Estes dados foram obtidos pelos
estudantes da UNIFESP-campus Diadema no
período de 2007 e 2008. Inicialmente, os dados
são digitados e analisados seguindo o roteiro
experimental de cada experimento (ASSUNÇÃO
et al., 2007). . A análise envolve os conceitos
básicos de estatística (MORAN et al., 2000), cujo
comportamento das distribuições é adotado como
sendo o critério de seleção dos dados que
efetivamente farão parte do Base de Dados. Com
o intuíto de verificarmos os resultados são
realizados os cálculos previstos no experimento a
partir deste novo conjunto de dados. A etapa
seguinte trata-se da elaboração dos textos para
cada montagem utilizando uma linguagem objetiva
e apropriada para o ambiente virtual. Neste
trabalho, também consta a criação do portal LVF
piloto na internet e a sua divulgação junto aos
professores da rede pública. Em particular, o
estudo dos movimentos uniforme e uniformemente
variado faz parte dos experimentos de Mecânica
que fará parte do LVF. Neste trabalho será
apresentado os resultados do conjunto de dados
deste experimento.
XIII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e
IX Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba
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Dentre os materiais utilizados estão: plano
inclinado com fluido e ajuste angular regulável,
escala de 0 a 45 graus e incerteza de 0,5 grau;
régua com incerteza de 0,5cm; esfera metálica de
8,0mm de diâmetro confinada ao tudo de
400,0mm contendo óleo; ímã encapsulado;
cronômetro e etiquetas adesivas.
A. Estudo do Movimento Uniforme
No laboratório foi medido o tempo gasto por
uma esfera de aço submersa em um fluido e uma
bolha formada no seu interior. A presença do
fluido faz com que a força de atrito seja
compensada pela resistência oferecida pelo fluido.
Desta forma, podemos entender o movimento
como sendo uniforme. Neste experimento, a bolha
e a esfera submersa no fluido são deslocada a
partir de um plano inclinado de 3 graus.
Inicialmente, a tarefa dos estudantes foram medir
o tempo gasto para deslocar os móveis de uma
distância de 400mm.
Esse procedimento foi
repetido 10 vezes para cada grupo de estudantes.
Após a obtenção do tempo médio foram
calculadas as velocidades da esfera metálica e da
bolha
submersas.
Esses
valores
foram
necessários a determinação das funções horárias
de cada móvel. Deste modo, o ponto e tempo de
encontro foram obtidos analíticamente e pode ser
comparada com os valores experimentais.
B. Estudo do Movimento Uniformemente
Acelerado
No estudo do Movimento Uniformemente
Acelerado foi observado o movimento de uma
esfera de aço sob um plano inclinado (TIPLER et
al., 2006). A Figura 2 mostra a distribuição dos
tempos que foram selecionados para compor a
Base de Dados. A Tabela 1 mostra os resultados
obtidos.
B. Estudo do Movimento Uniformemente
Acelerado
As medidas consistiram em obter o tempo
médio para uma esfera de aço percorrer as
distâncias de 400 mm, 350mm, 300mm e 200mm.
A esfera metálica foi abondonada no plano
inclinado e o tempo cronometrado. Esse
procedimento foi repetido dez vezes durante a
execução do experimento (ASSUNÇÃO et al.,
2007).
Resultados
A. Estudo do Movimento Uniforme
O Movimento Uniforme (MU) foi abordado
com o estudo do encontro de dois móveis (TIPLER
et al., 2006). A Figura 1 mostra os histogramas
referente aos tempos medidos.
Figura 2: Distribuição de tempo medidos para as
distâncias de (A) 200mm, (B) 300mm, (C)350mm e
(D) 400mm.
Tabela 1: Valores obtidos para os tempos médios,
velocidades médias e suas respectivas incertezas.
Posição (mm)
100,0 0,5
200,0
0,5
∆t (s)
1,0
0,5
1,4 0,7
V (mm/s)
99 50
145
73
300,00
0,5
1,7
0,8
176
83
400,00
0,5
2,0
0,9
198
89
Discussão
Figura 1: Distribuição temporal para a esfera de
aço e a bolha
Os histogramas mostrados na Figura 1 foram
empregados para determinar as velocidades da
esfera e da bolha. Essas velocidades são
empregadas para terminar as equações horárias
do MU. Os valores obtidos para o tempo de
encontro dos móveis foram comparados com os
valores obtidos a partir das equações horárias. O
erro foi menor que 5%.
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Tabela 2: Velocidades da bolha e esfera e posição
de encontro (o erro foi menor que 5%).
Bolha (X0=0)
Esfera (X0=400 mm)
X=X0+ V.Tm
X=X0+ V.Tm
V=41,45 mm/s
V=22,37 mm/s
- TIPLER, P., Física – Mecânica, Oscilações e
Ondas, Termodinâmica. Vol 1. 5ª Ed. 2006
0+41,45.T=400+22,37.T
T(encontro) = 20,96s
No caso do Movimento Uniformemente
Variado, o comportamento das distâncias e das
velocidades em função do tempo são mostrados
na Figura 3. Ambos resultados estão de acordo
com o comportamento (parábola e reta) para o
MUV e demonstram que os dados selecionados
farão parte da Base de Dados.
Figura 3: Comportamento da (A) distância x tempo
e (B) da velocidade x tempo.
Conclusão
.Os resultados obtidos para os experimentos de
estudo de Movimento Uniforme e Uniformemente
Variado com o conjunto de dados selecionados a
partir dos histogramas são satisfatórios para
compor a Base de Dados. As incertezas
associados aos pontos experimentais podem ser
reduzidas com a inserção dos dados referente ao
ano de 2009. Esses dados serão analisados na
próxima etapa do projeto. Outra iniciativa prevista
para este ano é a produção do vídeo deste
experimento. A visualização do procedimento
experiemental poderá motivar e facilitar o
entendimento do conceito abordado em Mecânica
no ambiente digital.
Referências
- ASSUNÇÃO, M et al. Roteiros Experimentais do
Laboratório de Física da UNIFESP, 2007.
- MORAN, J, MASETTO, M, BEHRENS, M. Novas
Tecnologias e mediação pedagógica, São Paulo,
Papirus Editora, 2000.
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