Tópico 6. Aula Prática:
Tempo de Reação Humana (Queda Livre)
1. INTRODUÇÃO
Será calculado o tempo de reação humana através da teoria de queda
livre de um objeto. Para tal fim, será usado o instrumento para medir
dimensões lineares: a régua milimetrada.
2. OBJETIVOS DA EXPERIÊNCIA
- Efetuar medidas estatísticas do tempo de reação humana;
- Efetuar medidas indiretas de tempo;
- Aprender a utilizar estatística com medidas repetidas;
- Expressar corretamente estas medidas, erros e unidades.
3. TEORIA
O que é o “tempo de reação humana”? Vamos defini-lo como o
tempo necessário para que uma pessoa reaja a um determinado estímulo
externo (visual, sonoro, etc.). O tempo de reação é muito importante para o
sucesso em atividades que exigem respostas rápidas, principalmente
atividades esportivas (goleiro de futebol, corredor, piloto de corrida, etc.).
Um exemplo: quando o corredor Donovan Bailey bateu o recorde dos
100m na Olimpíada de 1996, atrasou 0,17s (tempo de reação) na largada, e
bateu o recorde por uma diferença de apenas 0,01s em relação ao recorde
anterior. No caso das corridas automobilísticas, uma diferença de alguns
centésimos de segundo no tempo de reação ao sinal de largada pode
significar uma diferença de duas ou três posições na prova.
O tempo médio de reação de uma pessoa jovem em bom estado de
saúde varia entre 0,15 e 0,45s. Este é praticamente o tempo que o cérebro
necessita para processar as informações que está recebendo e definir uma
ação.
A seguir será proposta uma experiência para medir o tempo de
reação humana. Embora seja um experimento bastante simples, que não
fornece um resultado muito preciso, ele permite uma avaliação aproximada
do tempo de reação.
A idéia é medir o tempo que uma pessoa leva para perceber que um
objeto está caindo e reagir a isso fechando a mão para interromper a queda
do objeto. O tempo de reação será determinado a partir do quanto o objeto
andou, desde o momento em que foi largado pelo experimentador até o
instante em que a pessoa fechou os dedos e o segurou.
Um experimentador deve segurar o objeto pela extremidade superior,
deixando sua extremidade inferior exatamente entre os dedos (abertos) da
pessoa que terá o tempo de reação medido. Em um determinado instante,
sem avisar, o experimentador solta o objeto e a pessoa deve fechar os dedos
para segurá-la.
Recomenda-se o uso de uma régua de 30 cm ou maior, pois assim
pode-se medir quanto o objeto andou diretamente pela escala da régua.
A conversão desta distância em tempo, para saber o tempo de reação,
pode ser feita partindo-se da equação horária da posição de um movimento
uniformemente variado. (a queda de um objeto é um “movimento
uniformemente variado”, certo? Por quê?)
Equação do movimento uniformemente variado:
No caso da queda livre de um objeto, y é a posição do corpo no
tempo t e y0 é a posição inicial do corpo. A distância que o objeto percorreu
na queda é exatamente y – y0, que chamaremos de Δy.
Em nosso caso, a velocidade inicial do corpo (v0) é zero porque o
experimentador apenas soltou o objeto. O que faz o objeto cair é a ação da
gravidade; assim, a aceleração a que o objeto tem durante a queda é igual a
aceleração da gravidade (~ 9,807 m/s2).
Colocando estas informações na equação 1, chega-se a expressão que
permite calcular o tempo de reação:
Exercício: obtenha a equação acima.
4. PARTE EXPERIMENTAL
MATERIAIS UTILIZADOS
1. Régua milimetrada.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
1) Caracterize a régua milimetrada utilizada, anotando na folha de dados: a)
marca e modelo; b) unidade de medida; c) precisão de medida.
2) Escolher um dos componentes do grupo para ter o tempo de reação
medido.
3) O escolhido deverá fazer um traço reto e fino, com caneta, no dedo
indicador, da ponta para dentro, conforme a figura 1a. Ele usará este dedo e
seu polegar como uma pinça (veja figura 1b):
(a)
(b)
Figura 1. (a) Detalhe do traço de caneta feito no dedo indicador. (b)
Posição dos dedos para realizar o experimento, estes não devem tocar a
régua.
4) Posicionar o traço de caneta na posição “zero” da régua, enquanto um
segundo membro do grupo (experimentador) a segura pelo outro extremo.
Estando tudo pronto, em um determinado instante, sem avisar, o
experimentador solta o objeto e a pessoa deve fechar os dedos para segurála.
5) Repita o experimento 10 vezes com cada pessoa, para chegar a uma
conclusão mais confiável, pois os valores obtidos através deste
experimento apresentam uma imprecisão natural (dispersão). Tente mudar
de experimentador (quem solta a régua) e verifique se isto também
influencia o resultado.
6) Esta forma de medir o tempo de reação mede na verdade o tempo de
reação ao estimulo visual, pois a pessoa detecta visualmente que o objeto
foi largado. Você também pode medir o tempo de reação ao estimulo
sonoro com o mesmo experimento, bastando para isso falar “JÁ” no
instante em que se solta o objeto. Neste caso, há diferença se a pessoa
estiver de olhos abertos ou fechados? E se estiver olhando para outro lado?
Por quê? Repita o experimento várias vezes.
CÁLCULOS
1) Monte a seguinte tabela durante o experimento:
Nome do experimentador:
Nome do coletor da régua:
Número da
(m)
Medição, i
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(m)
(m2)
2) Calcule o desvio padrão de :
3) Escreva o resultado na forma
na forma de notação científica. Onde
(resolução da régua milimetrada).
, adequando se necessário
com
4) Calcule o tempo de reação humana com o respectivo desvio padrão
propagado.
5) Responda as questões destacadas em vermelho ao longo do roteiro
experimental no tópico de “conclusão” do relatório.
REFERÊNCIAS
1.
Notas
de
aula,
Tempo
de
Reação
Humana:
http://profgabrielhickel.webs.com/labfisica3.pdf, acessado em 11/09/2011.