UMA PROPOSTA DE ENSINO DOS CONCEITOS DE MECÂNICA ATRAVÉS DE FOTOGRAFIAS ESTROBOSCÓPICAS DE MOVIMENTOS CORPORAIS

## UMA PROPOSTA DE ENSINO DOS CONCEITOS DE MECÂNICA ATRAVÉS DE FOTOGRAFIAS ESTROBOSCÓPICAS DE MOVIMENTOS CORPORAIS

## Marco Adriano Dias 1,2 , Deise Miranda Vianna 3

1 Instituto Federal do Rio de Janeiro, marco.dias@ifrj.edu.br 2 Instituto Oswaldo Cruz/Programa de Ensino de Biociências e Saúde 3 Instituto de Física/UFRJ,deisemv@if.ufrj.br

## Resumo

Há mais de cinquenta anos a utilização de fotografias estroboscópicas para medidas de posição e tempo do movimento dos corpos vem sendo sugerida para as aulas experimentais de mecânica como alternativa ao laboratório formal de física. Atualmente produz-se esse tipo de imagem a partir de um vídeo digital de um movimento qualquer, utilizando como recurso uma câmara filmadora simples, de celular, por exemplo, e um PC com dois softwares gratuitos: o VirtualDub e o ImageJ. Cientes da importância de um ensino de física que possibilite melhorar a cultura científica dos nossos alunos, neste trabalho apresentamos uma proposta de utilização das Fotografias Estroboscópicas Digitais (FED) para o estudo de conceitos físicos de mecânica, contextualizados no movimento dos próprios alunos durante a prática de desportos. A utilização desse tipo de imagem como material didático permite o desenvolvimento de atividades investigativas nas aulas formais de física para a solução de problemas reais, como, por exemplo, melhorar a marca de um atleta. Apresentamos como exemplo o movimento de chute de uma bola na modalidade futsal. Essa proposta é, atualmente, objeto de pesquisa sobre as potencialidades da utilização das FED como material didático para a promoção do aprendizado científico nas aulas formais de mecânica no Ensino Médio, no âmbito do Programa de Pós Graduação em Ensino de Biociências e Saúde do Instituto Oswaldo Cruz no Rio de Janeiro. Apresentamos alguns resultados já obtidos com alunos de uma escola pública do estado do Rio de Janeiro.

Palavras-chave : Fotografia Estroboscópica, Atividade Investigativa, CTS

## Introdução

A utilização de Fotografias Estroboscópicas como recurso para o desenvolvimento de atividades experimentais no estudo do movimento vem sendo proposta desde a época dos grandes projetos de ensino de Ciências. O PSSC ( Physical Science Study Committee , 1967) e o projeto Harvard (Holton, 1985) apresentam em suas propostas esse tipo de recurso. Entretanto, os movimentos que podiam ser estudados com essa estratégia eram aqueles

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reproduzidos no laboratório fotográfico, pois a produção das fotografias necessitava de controle de luminosidade e de uma lâmpada estroboscópica.

Com o advento das novas tecnologias da era digital, essas fotografias passaram a ser desenvolvidas a partir de um vídeo e de um PC com softwares gratuitos. Com isso, o planejamento de atividades didáticas utilizando as Fotografias Estroboscópicas Digitais (FED) pode contar com a possibilidade de propor o estudo de movimentos reais e do cotidiano dos alunos.

A utilização dessas fotografias foi proposta por Dias, Barros e Amorim (2009). Em 2011 foi apresentada a dissertação de mestrado que mostrou que a técnica de produção das FED pode ser utilizada para estudar movimentos de queda com resistência do ar (Dias, 2011). Essa dissertação gerou um produto para que o professor interessado pudesse se apropriar para a elaboração das suas atividades de laboratório.

## Exemplo de aplicação

Embora o potencial da utilização das FED no desenvolvimento das atividades de laboratório ainda não tenha sido estudado sistematicamente, apresentaremos a seguir alguns resultados obtidos numa aula para estudar a queda dos corpos numa escola pública estadual localizada no município de Nilópolis-RJ. Na ocasião os alunos foram divididos em grupos na própria sala de aula; o problema foi caracterizado e o vídeo da queda que produziu a FED em questão (Figura 1) foi mostrado para a turma. Dentre todas as perguntas presentes no Roteiro da atividade, escolhemos uma em particular para colocar aqui dois exemplos de respostas. A pergunta em questão foi: Descreva o movimento de queda da esfera.

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Figura 1 Fotografia estroboscópica de uma esfera em queda livre.

Pergunta: Descreva o movimento de queda da esfera.

Respostas escolhidas (representam dois padrões de respostas dominantes na turma)

## Padrão 1 de resposta

## Padrão 2 de resposta

Como podemos ver através das respostas dadas acima, esse material pode ser utilizado para contribuir no aprendizado dos alunos. Sua eficácia em promover o debate e a construção de conhecimento, entretanto, ainda é objeto de pesquisa. Escolhemos propor, para isso, que os movimentos estudados pelos alunos sejam os seus próprios, durante a prática de desportos. Dessa forma proporemos atividades investigativas com enfoque na utilização da Ciência e da Tecnologia para a solução de um problema concreto para um atleta: melhorar as suas marcas.

## Proposta de investigação das potencialidades da FED para o aprendizado

A nossa investigação tem como questão central verificar se a utilização das FED como alternativa ao laboratório formal para o estudo do movimento contribui para o aprendizado dos alunos da educação básica.

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A busca por esta resposta levará em consideração algumas importantes questões:

- i) Estudar o movimento dentro de um contexto: com a técnica de produção de FED, todo corpo em movimento pode ser filmado e, posteriormente, esse vídeo transformado num autêntico registro do seu movimento, que é a própria FED (Dias, Barros e Amorim, 2009). Isso abre muitas possibilidades, entretanto, escolhemos filmar movimentos durante a prática esportiva dos próprios alunos na escola técnica federal, na região do Grande Rio onde será realizada a pesquisa.
- ii) Ao estudar o seu próprio movimento através da observação das FED em diferentes momentos acreditamos que haverá maior envolvimento dos alunos no processo de aprendizagem. A discussão de conceitos como rapidez, velocidade, aceleração, alcance, trajetória, dentre outros, relacionados ao seu próprio desempenho, ou de um representante do grupo propiciará um ambiente estimulante para o aprendizado. Pensar em estratégias para melhorar a marca alcançada, como aperfeiçoar seu torque, sua alavanca, sua rapidez de rotação, a diminuição do tempo de reação, tudo isso estimulará a discussão entre eles. As performances alcançadas poderão ser comparadas entre os grupos, comparadas com índices de atletas profissionais e, mais uma vez, poderão ocorrer debates acerca das contribuições que a ciência e a tecnologia pode dar para a melhora no desempenho dos atletas.
- É nesse ambiente de aprendizado que pretendemos verificar se a utilização das FED num curso de mecânica pode ser uma boa opção para o entendimento de fenômenos que só seriam observados em atividades formais de laboratório. Nesse ambiente, o professor tem o papel de mediador entre a cultura científica, que ele representa, e a cultura do cotidiano, representada pelos estudantes, no plano social da sala de aula (Cappechi, 2004) e os diálogos dos alunos serão registradas para análise, considerando-se suas intervenções durante discussões com as argumentações visando a construção de explicações coletivas para determinado fenômeno relacionado ao movimento.
- A seguir apresentamos dois exemplos de FED de modalidades esportivas para serem usadas num contexto de atividades investigativas. Nesse caso foram escolhidos dois alunos para que chutassem uma bola tal que eles conseguissem imprimir a maior velocidade possível a ela. Percebe-se através dos deslocamentos em cada intervalo de tempo que a rapidez da bola na Figura 4 é maior que a da Figura 2. Nas Figuras 3 e 5, as tomadas frontais

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dos movimentos corporais mostram que há diferenças importantes no movimento de rotação corporal de cada aluno que culminou nos chutes. Como mostra a tomada frontal (Figura 5) o aluno que obteve um melhor rendimento fez um movimento de rotação com seu centro de gravidade deslocado para seu lado esquerdo. Com isso ele aumentou o comprimento efetivo da alavanca feita com sua perna, o que culminou numa maior velocidade linear do seu pé direito durante a rotação e, por fim, uma maior transferência de momento linear para a bola, em comparação com o aluno que obteve menor rendimento. Conceitos como alavanca, torque, centro de gravidade, velocidade angular e colisões podem ser explorados com essa atividade.

Figura 2: Fotografia estroboscópica do movimento de uma bola após ser chutada por uma aluna. As distâncias entre duas posições consecutivas são proporcionais à velocidade da esfera.

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Figura 3: Tomada frontal do movimento realizado pela aluna durante o movimento de chutar a bola.

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Figura 4: Fotografia estroboscópica do movimento de uma bola após ser chutada por um aluno nas mesmas condições que a figura anterior. As distâncias entre duas posições consecutivas são proporcionais à velocidade da esfera, que, nesse caso é quase o dobro da figura anterior.

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Figura 5: Tomada frontal do movimento realizado pelo aluno durante o movimento de chutar a bola. Os aspectos relacionados ao movimento visto pelas tomadas frontais indicam o que se precisa melhorar para que a velocidade da bola aumente.

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## Considerações Finais

Nossa previsão é confirmar que quando uma disciplina de ciências é ensinada através de atividades investigativas, com o conteúdo contextualizado com questões do cotidiano do aluno, que envolvem a Ciência, a Tecnologia e a Sociedade, o processo de construção se dá através do dialogo entre os pares e

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com o problema apresentado. Esperamos confirmar também que para isso não é necessário um espaço formal de laboratório, pois os aspectos inerentes à investigação dos fenômenos, tais como as hipóteses levantadas para as questões propostas, a capacidade de predição do que poderá ocorrer e o desenvolvimento do senso crítico, proporcionado os debates e argumentações entre eles podem ser trabalhados no próprio espaço formal da sala de aula e que, no caso da mecânica, as FED são capazes de criar essa atmosfera de construção do conhecimento.

A confirmação do potencial das FED para o ensino da mecânica possibilitará a inclusão dessa estratégia de ensino no cotidiano das atividades de laboratório. Há possibilidade de se produzir um grande número de FED de movimentos do cotidiano e disponibilizar, juntamente com os roteiros de utilização. Com isso, os professores que se interessem em desenvolver atividades investigativas com seus alunos poderão se apropriar desse material, que poderá ser distribuído online, e planejar suas aulas.

## Referências

CAPECCHI, Maria Candida Varone de Morais. Argumentação numa aula de física . In Ensino de ciências: unindo a pesquisa e a prática. Ana Maria Pessoa de Carvalho (org.). Pioneira Thompson Learning. São Paulo, 2004.

DIAS, Marco Adriano.; BARROS, Susana de Sousa.; AMORIM, Hélio Salim. Produção de fotografias estroboscópica sem lâmpada estroboscópica. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Vol. 26, No 3 (2009)

DIAS, Marco Adriano. Utilização de fotografias estroboscópicas digitais para o estudo da queda dos corpos . Rio de Janeiro: UFRJ, 2011. Dissertação de mestrado. 92 p. Dissertação (Mestrado). Mestrado Profissional em Ensino de Física. Instituto de Física. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 2011

HOLTON, Gerald, RUTHERFORD, F. James., FLETCHER, G. Watson., Projecto Física, unidade 1, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1985.

PSSC - PHYSICAL SCIENCE STUDY COMMITTEE.. Física parte III. São Paulo: EDART, 1967.

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