Software Tracker no Ensino da Física: Roteiro Queda livre

RESUMO TEÓRICO

Na ausência do ar, quando abandonamos uma pedra de uma certa altura, em relação ao solo, podemos verificar que a única força que age sobre a pedra é o peso (força gravitacional).

Portanto, sem o ar, o movimento da pedra é Uniformemente Variado, sujeito à aceleração da gravidade.

Na prática, o atrito com o ar pode ser desprezível para objetos compactos e densos, como uma pedra, uma esfera de metal ou uma bola de bilhar. Ele é, no entanto, considerável para uma bolinha de ping-pong, uma pluma de ave, uma folha de papel.

• Características:

- aceleração constante

- o objeto parte do repouso

- velocidade aumenta uniformemente

• Equações:

h = g.t²/2

v = gt

v² = 2gh

MAI, Ivo. Física 1 para o vestibular: Mecânica. 3. ed. Três de Maio: Mauá, 1999. 253 p.

CONTEÚDOS
- Velocidade
- Tipo de movimento
- Tempo de queda
- Aceleração da gravidade

OBJETIVOS
- Estudar o movimento de um corpo em queda livre;
- Observar as características do movimento em queda livre;
- Interpretar gráficos que envolvam posição, velocidade, aceleração e tempo;
- Determinar as equações horárias do movimento;
- Verificar se os resultados obtidos reproduzem o que é anunciado teoricamente;
- Determinar a aceleração da gravidade média

CONHECIMENTOS PRÉVIOS
- Conceito de movimento
- Posição
- Tempo
- Distância percorrida
- Deslocamento
- Velocidade
- Aceleração

MATERIAIS NECESSÁRIOS
- Câmera de vídeo
- Tripé para fixar a câmera
- Filmagem de uma situação que apresente o movimento de Queda Livre.
Sugestões:
• Queda de uma bola de basquete
• Queda de uma bolita
Importante: Quanto mais pesado for o objeto, melhor precisão haverá nos resultados.
- Computador
- Software Tracker

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL/CAPTURA DE IMAGENS

1. Para a captura das imagens deve-se escolher um local iluminado.

2. Posicionar a câmera em um tripé (a câmera precisa ficar fixa) e o mais paralela possível ao movimento.

3. Colocar no espaço que será captado pela câmera um objeto com dimensões conhecidas para ter-se um padrão de medida. Esse item não deve ser esquecido.

4. Realizar a filmagem do movimento.

5. Verificar se a filmagem ficou satisfatória. Se não, realizá-la novamente.

6. Transferir a filmagem para o computador.

7. Verificar a extensão do arquivo. Se não for de extensão compatível com o Tracker (mov, avi, flv, mp4, wmv), fazer a conversão utilizando, por exemplo, o Windows Movie Maker ou um conversor on-line (ver Guia resumido).

8. Fazer cortes na filmagem, caso sejam necessários. Para isso pode ser utilizado o Windows Movie Maker ou outro software similar.

OBTENÇÃO DE DADOS PARA ANÁLISE

1. Abra o software Tracker.

2. Abra o vídeo que será analisado.

3. Selecione a parte do vídeo que será analisada.

4. Faça a calibração da escala.

5. Insira o eixo das coordenadas.

6. Defina a trajetória.

7. Defina as grandezas desejadas [(y, t), (v_y, y), (a, t), ...] na Janela de Gráficos.

8. Defina as grandezas desejadas (t, y, v_y, a, v) na Janela de Dados.

9. Salve a atividade desenvolvida

INTERPRETAÇÃO DOS DADOS OBTIDOS

1. JANELA DE GRÁFICOS

***Gráfico das posições (y, t)

- Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico (y, t), na Janela de Gráficos e escolha a opção “Analisar”.

- Na janela que abre, vá em “Analyse” e marque a opção “Curve Fits”. Observe que na parte inferior da janela aparecem alguns ícones que antes não apareciam. Neles marque a opção “Autofit”. Em “Fit name” selecione “parábola”.

- O gráfico apresenta uma reta ou parábola?

- Levando em consideração a porcentagem de erro, o gráfico da posição versus tempo reproduz o que é esperado teoricamente? Discuta.

***Gráfico da velocidade vertical (v_y, t)

- Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico (v, t), na Janela de Gráficos e escolha a opção “Analisar”.

- O gráfico apresenta uma reta ou parábola?

- Levando em consideração a porcentagem de erro, o gráfico da velocidade versus tempo reproduz o que é esperado teoricamente? Discuta. Gráfico da aceleração (a, t)

- Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico (a, t), na Janela de Gráficos e escolha a opção “Analisar”.

- O gráfico apresenta uma reta ou parábola?

- Levando em consideração a porcentagem de erro, o gráfico da aceleração versus tempo reproduz o que é esperado teoricamente? Discuta.

2. JANELA DE DADOS

***Analisando o tempo

a) Qual é o valor do instante inicial t₁?

b) Qual é o valor do instante t₂?

c) Qual é o valor do instante t₃?

d) Qual é o valor do instante t₄?

e) Qual é o valor do instante t₅?

f) Qual é o valor do instante t₆?

g) Qual o intervalo de tempo existente entre t₁ e t₂?

h) Qual o intervalo de tempo existente entre t₂ e t₃?

i) Qual o intervalo de tempo existente entre t₃ e t₄?

j) Qual o intervalo de tempo existente entre t₄ e t₅?

k) Qual o intervalo de tempo existente entre t₅ e t₆?

l) Entre os demais instantes esse intervalo varia ou permanece o mesmo? Leve em consideração a porcentagem de erro.

m) Quanto tempo o objeto levou para chegar ao solo?

***Analisando a posição

a) Para o instante inicial t₁ qual a posição y₁ do objeto?

b) Para o instante t₂ qual a posição y₂ do objeto?

c) Para o instante t₃ qual a posição y₃ do objeto?

d) Para o instante t₄ qual a posição y₄ do objeto?

e) Para o instante t₅ qual a posição y₅ do objeto?

f) Para o instante t₆ qual a posição y₆ do objeto?

g) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y₂ e a posição y₁?

h) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y₃ e a posição y₂?

i) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y₄ e a posição y₃?

j) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y₅ e a posição y₄?

k) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y₆ e a posição y₅?

l) Entre as demais posições essa variação permanece ou sofre alteração? Leve em consideração a porcentagem de erro.

m) Levando em consideração a porcentagem de erro, esses dados reproduzem o que é anunciado teoricamente dentro do estudo do movimento de queda livre? Discuta.

n) Qual a distância total percorrida pelo objeto?

***Analisando a velocidade

Apenas observando os dados mostrados na coluna da velocidade, pode-se considerar que o movimento é uniforme ou variado?

a) Para o instante t₁ qual a velocidade y_y1 do objeto?

b) Para o instante t₂ qual a velocidade y_y2 do objeto?

c) Para o instante t₃ qual a velocidade y_y3 do objeto?

d) Para o instante t₄ qual a velocidade y_y4 do objeto?

e) Para o instante t₅ qual a velocidade y_y5 do objeto?

f) Para o instante t₆ qual a velocidade y_y6 do objeto?

g) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade y_y2 e a velocidade y_y1?

h) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade y_y3 e a velocidade y_y2?

i) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade y_y4 e a velocidade y_y3?

j) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade y_y5 e a velocidade y_y4?

k) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade y_y6 e a velocidade y_y5?

l) Entre as demais velocidades essa variação permanece ou sofre alteração? Leve em consideração a porcentagem de erro.

m) Levando em consideração a porcentagem de erro, esses dados reproduzem o que é anunciado teoricamente dentro do estudo do movimento de queda livre? Discuta.

n) Com que velocidade o objeto tocou o solo? Ou qual a velocidade que ele tinha no instante imediatamente anterior ao chegar ao solo?

***Analisando a aceleração

a) Para o instante inicial t₁ qual a aceleração a₁ do objeto?

b) Para o instante t₂ qual a aceleração a₂ do objeto?

c) Para o instante t₃ qual a aceleração a₃ do objeto?

d) Para o instante t₄ qual a aceleração a₄ do objeto?
e) Para o instante t₅ qual a aceleração a₅ do objeto?
f) Para o instante t₆ qual a aceleração a₆ do objeto ?

g) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a₂ e a aceleração a₁?

h) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a₃ e a aceleração a₂?

i) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a₄ e a aceleração a₃?
j) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a₅ e a aceleração a₄?
k) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a₆ e a aceleração a₅?

l) Entre as demais acelerações essa variação permanece ou sofre alteração? Leve em consideração a porcentagem de erro.

m) Levando em consideração a porcentagem de erro, esses dados reproduzem o que é anunciado teoricamente dentro do estudo do movimento de queda livre? Discuta.

Com base nos dados obtidos é possível determinar a aceleração da gravidade média do movimento. Para isso aplique a equação: S=g.t²/2

a) Tendo definida a aceleração da gravidade média do movimento escreva a equação horária da velocidade e a equação horária da posição para o movimento do objeto.
b) Para testar os dados obtidos escolha três instantes diferentes e aplique nas equações.

• Levando em consideração a porcentagem de erro, os dados obtidos podem ser considerados corretos?