USO DE VIDEOANÁLISE PARA RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS DE LANÇAMENTO OBLÍQUO

## USO DE VIDEOANÁLISE PARA RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS DE LANÇAMENTO OBLÍQUO

Gustavo Affonso de Paula , Milton Alves Gonçalves Júnior , 1 2

- 1 Escola Sesc de Ensino Médio / gdepaula@escolasesc.com.br
- 2 Escola Sesc de Ensino Médio /malves@escolasesc.com.br

## Resumo

Uma atividade que viabilize o protagonismo estudantil é uma das condições para potencializar o processo de aprendizagem de forma emancipatória e autônoma. Nesse contexto, um software de aquisição de dados, como o programa de viodeanálise Tracker, surge como uma importante plataforma para o entendimento de fenômenos físicos tradicionalmente tratados no Ensino Médio, tal como o lançamento oblíquo. Esse trabalho descreve o processo de seleção, resolução e análise de exercícios de lançamento oblíquo com o software de videoanálise Tracker por estudantes da 2ª série do Ensino Médio. Um grupo de estudantes pesquisou exercícios com essa temática, resolveu cada problema de forma clássica e desenvolveu um cenário experimental para comparação dos dados com a proposta da questão. No processo os estudantes tiveram a oportunidade de verificar a influência das condições ambientais, descartadas nos enunciados dessas questões, e ampliar a descrição matemática através de gráficos e análise de vetores, fatores que não seriam explorados nesses exercícios sem o recurso computacional. Com a ferramenta os estudantes também conseguiram desenvolver críticas aos exercícios selecionados a partir de comparações com os enunciados e os dados experimentais.

: Lançamento oblíquo, Mecânica, Software Livre, Videoanálise,

Palavras-chave Tracker

## Introdução

O lançamento oblíquo é um conteúdo importante para o entendimento de movimento em duas dimensões e espera-se que o estudante de nível médio atinja, em alguma etapa da sua jornada acadêmica, uma compreensão integral deste movimento à luz das Leis de Newton. O fato é que um número significativo de estudantes não conseguem, ao concluírem o curso, descrever este movimento e estabelecer uma relação a partir das interações sofridas pelo corpo. De Quadro Peduzzi (1985) já indicava que a maioria dos estudantes de cursos introdutórios de graduação em Física e Matemática em meados da década de 80 não compreendiam a relação entre o lançamento oblíquo e as forças associadas a este tipo de movimento. Mesmo com os avanços das políticas públicas de educação após esse resultado, um dos principais fatores para o baixo desempenho de estudantes na disciplina de Física I, em sua maioria recém saídos do Ensino Médio, é a falta do domínio da linguagem, tanto a geral, a capacidade de expressão e compreensão em língua portuguesa, quanto a linguagem utilizada pela física, a matemática (GONZALEZ, 2011). Justamente esses fatores, domínio das linguagens, compreensão e interpretação matemática, são extremamente relevantes para a abordagem do lançamento oblíquo.

Observando essas lacunas, muitos professores procuram diversificar a sua prática e alcançar seus objetivos com a aplicação de simuladores. O trabalho de Ferreira (2014) recomenda a simulação do PhET, projeto de simulações interativas da Universidade do Colorado, para análise de lançamento oblíquo. Certamente essa simulação proporciona maiores possibilidades para o estudante, porém não se trata de uma plataforma de aquisição de dados e análise de situações reais, sendo um modelo de atividade que pode levar um estudante do Ensino Médio para um itinerário pouco flexível para questionamentos. Ainda sobre o uso de artefatos digitais Martins (2011) apresenta importante resultado indicando que as pesquisas de ensino de física estão enfatizando cada vez mais as tecnologias digitais, e que há uma predominância com a correlação do uso de simulações e softwares com teorias de aprendizagem. Apesar deste fator positivo sua pesquisa também demonstra que existe pouca reflexão sobre a presença desses artefatos, o que pode permitir sua aplicação com roteiros rígidos, alegóricos e que não torne o conteúdo tratado na atividade um ponto de reflexão por parte do aprendiz.

Mesmo com a ampliação das tecnologias digitais nos espaços formais de aprendizagem, um fator importante é que as estratégias expositivas e baseadas nas resoluções de exercícios são práticas recorrentes nessa faixa de ensino. No caso particular de física muitos professores acreditam que as atividades de resolução de problemas sejam fundamentais para a construção do conhecimento. Custódio, Clèment e Ferreira (2012) indicam que paradoxalmente o número de horas delegadas a este tipo de atividade, exposição de resolução de exercícios, durante as aulas não garante aos estudantes melhoria no desempenho quando submetidos a exames internos ou externos. Ainda sobre esse tipo de atividade, é plausível afirmar que o professor pode se tornar um refém de estudantes que frequentemente enxergam o Ensino Médio como uma etapa exclusiva de preparação para concursos de seleção para o nível superior e, desta forma, sofre uma pressão significativa de seu público para a aplicação de exercícios repetitivos com ênfase na memorização.

- A motivação deste trabalho parte dessas reflexões, o uso de ferramentas computacionais e a cultura de resolução de exercícios com ênfase na memorização. Também foi um objetivo buscar por indícios da eficiência da combinação entre as atividades de resolução de exercícios e experimentação para o desenvolvimento da visão crítica, proativa, engajada, bem como a apropriação de conceitos e métodos de investigação típicos das ciências da natureza. A hipótese central é que uma metodologia experimental não roteirizada, que possibilite a ampliação do repertório estudantil, surja como uma alternativa promissora para a construção de um ambiente reflexivo em salas de aula de Física com o suporte de um software livre. A montagem experimental de um problema teórico pode potencialmente colocar o estudante diante de um problema real, cuja solução não envolve apenas uma verificação de conhecimentos adquiridos, mas sim um planejamento de ações que serão alvo de reflexão a cada ponto do processo.
- O software utilizado para a videoanálise foi o Tracker, plataforma livre muito aplicado em estudos de mecânica. Essa ferrmenta que permite marcar e localizar, em cada quadro de um vídeo, a posição e o tempo de qualquer parte corpo, dando origem a uma tabela de dados (DE JESUS E SASAKI, 2014).

Figura 01: Tela do programa Tracker em uma análise realizada por estudantes da Escola Sesc de Ensino Médio. Ao centro, um quadro de vídeo de um lançamento de baquete, e do lado direito gráficos de posição pelo tempo neste lançamento oblíquo.

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## Sobre a relevância da plataforma Tracker, pode-se afirmar que

Seu uso escolar encaixa-se no tempo didático disponível em aulas típicas de Ensino Médio, com cerca de 50 minutos de duração. O Tracker adiciona qualidade e praticidade às aulas de física, pois não são necessários aparatos experimentais caros, complexos e laboriosos, com os quais, frequentemente, os estudantes 'perdem' um tempo precioso nas aulas de laboratório. Muitas vezes, estudantes e professores despendem tempo e energia aprendendo o modus operandi dos equipamentos utilizados em detrimento da observação da evolução temporal e da análise circunstanciada das grandezas físicas de interesse nos experimentos propostos (BEZERRA, 2011).

Assim o software livre Tracker possui maiores possibilidades se comparado aos simuladores justamente por permitir a construção de gráficos e tabelas a partir da aquisição de dados e ser uma ferramenta de fácil manipulação e acesso, necessitando de um celular para gravação de vídeos e um computador para a análise.

## Descrição do trabalho desenvolvido

Trata-se de uma atividade realizada com um grupo de cinco alunos da 2ª série do Ensino Médio da Escola Sesc de Ensino Médio, localizada na Zona Oeste da cidade do Rio de Janeiro. O trabalho fez parte de uma aula de pesquisa, um espaço disponibilizado pela instituição para que jovens busquem o conhecimento por afinidade a um tema ou área. Desta forma os estudantes interessados por este tema indicado pelos professores, a videoanálise de lançamentos oblíquos, passaram por um encontro semanal durante três meses. O grupo estudou sobre lançamento oblíquo, selecionou questões sobre o tema e compreendeu o funcionamento do software Tracker.

Os exercícios foram selecionados do livro didático de Guimarães (2001) e questões de vestibulares a partir de buscas de internet. A seleção contemplou vinte exercícios que foram organizados em uma lista. Os critérios da escolha, estabelecidos pelos estudantes, foram as instituições organizadoras das questões e as possibilidades de construção de um cenário experimental para a videoanálise. Diante deste recorte a

temática lançamento livre no basquete surgiu com muita relevância na seleção de questões.

Todos os estudantes tinham passado por este conteúdo nas aulas regulares de física e tiveram dificuldades na resolução individual das questões. A lista foi resolvida coletivamente e foi estabelecido que apenas as questões de lançamento de basquete seriam investigadas por videoanálise neste período de tempo, justamente para estabelecer um critério de comparação entre as questões.

Os vídeos foram gravados nas quadras poliesportivas, uma externa e outra interna, da Escola e foi estabelecido uma sequência onde as questões consideradas mais fáceis pelos estudantes foram gravadas primeiro. Em seguida os estudantes reuniram o material e traçaram um comparativo de suas resoluções com os dados experimentais.

## Execução e Análise

Dentre as questões analisadas no programa Tacker, e comparadas com os fundamentos teóricos apontados pelos alunos, duas foram separadas para a apresentação neste trabalho justamente por serem fruto de maior reflexão e debate no grupo.

A primeira questão é da Universidade Federal Fluminense e envolve uma análise vetorial das grandezas velocidade e aceleração durante um lançamento livre de basquete. Nela um jogador de basquete, tentando fazer a cesta, arremessa oblíquoamente a bola, que segue a trajetória mostrada na figura. Ela exige que o candidato assinale a alternativa que melhor representa os vetores, velocidade e aceleração, nos pontos 1,2 e 3 da trajetória.

Figura 02: Alternativas que indicam os vetores velocidade e aceleração em três pontos da trajetória da bola.

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A videoanálise possibilita a indicação de tais vetores em cada frame. Desta forma a análise feita em um lançamento da quadra externa coincide, em primeira instância, com a alternativa correta, a letra D, como indicam as figuras a seguir.

Figura 03: Imagem da indicação do vetor velocidade durante a videoanálise do lançamento

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Figura 05: Gráficos da posição em função do tempo, em metros e segundos. Na esquerda os dados do eixo horizontal e na direita do eixo vertical.

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livre

Figura 04: Imagem da indicação do vetor aceleração durante a videoanálise do lançamento livre

O modelo experimental solidificou a base teórica dos estudantes e fomentou um rico debate sobre a influência da resistência do ar na descrição dos vetores velocidade e aceleração. Essa influência também se estendeu para a análise gráfica porque parte do grupo previa que não seria possível a verificação de um movimento uniforme no eixo

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horizontal por conta do atrito.

- O trecho abaixo é o relato de uma estudante indicando que o grupo pôde extrapolar o comando inicial da questão com um entendimento mais amplo do fenômeno a partir de dados de um lançamento real.

A videoanálise facilitou a compreensão do exercício e ofereceu parâmetros para o comportamento dos dois elementos necessários à sua resolução. Os gráficos resultantes da análise demonstram claramente um movimento uniforme no deslocamento de sentido horizontal e um movimento uniformemente variado no deslocamento vertical do objeto. Vale ressaltar, no entanto, que essa divisão em componentes não é intuitiva e clara a olho nu, fator que pode resultar na dificuldade da relação conteúdo/cotidiano. A respeito do comportamento do vetor da aceleração, o exercício estabelece uma simplificação grande quando comparado à videoanálise (direção dos vetores). Essa redução pode ser, também, um dos motivos para a dificuldade de transposição dos conteúdos e fundamentos para a visão cotidiana (e viceversa).

Com a sequência de videoanálises o grupo foi se apropriando do conteúdo e promovendo críticas em exercícios que, em um primeiro momento, não eram resolvidos ou solucionados com certa insegurança. Esse foi o caso da questão do processo seletivo da Academia da Força Aérea. A questão trata de uma bola de basquete que descreve uma trajetória, tal como mostrada na figura, após ser arremessada por um jovem atleta que tenta bater um recorde de arremesso.

Figura 06: Dados do lançamento indicado na questão da AFA.

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A bola é lançada com uma velocidade de 10 m/s e, ao cair na cesta, sua componente horizontal vale 6,0 m/s. O candidato deve determinar a distância horizontal (x) percorrida pela bola desde o lançamento até cair na cesta, em metros.

No procedimento experimental os estudantes perceberam rapidamente que a condição proposta pela questão está adequada para a matematização com números exatos, uma vez que a altura da cesta na questão ultrapassa a medida da liga americana de basquete, de 3,05 metros, e da quadra interna da Escola, de 3,06 metros. Essa crítica não surgiria sem a videoanálise, principalmente por se tratar de um vestibular de reconhecimento nacional e almejado por milhares de jovens. Uma segunda crítica é para o tempo de voo de 1 segundo encontrado na resolução da questão, pois em todas as análises experimentais o valor sempre se aproxima dos 2 segundos de voo. Uma estudante do grupo apontou que

a questão se baseia essencialmente na aplicação de fórmulas para o cálculo do que é pedido, bastando manipulação algébrica para chegar ao

resultado. Aplicações como essa dificultam o estabelecimento da relação cotidiana com as informações e os conteúdos.

Mesmo se tratando de lançamentos realizados por amadores, o fato do grupo observar discrepâncias entre a questão e a experimentação, demonstra uma visão crítica construída e um importante processo de levantamento de hipóteses durante a atividade.

## Conclusões

A atividade foi realizada em um cenário privilegiado, com poucos estudantes e todos encaminhados por interesse pelo tema. Mas os resultados e a relativa simplicidade dos recursos necessários indicam que seja uma atividade possível para grupos maiores e heterogêneos. O uso de ferramentas computacionais surge em diversos casos como uma poderosa ação, não pela simples presença do artefato, mas pela possibilidade de observações e resultados que não seriam atingidos sem essa tecnologia.

A aplicação de um artefato digital não indica que a lógica tradicional de ensinar, muitas vezes identificada como transmissão de conteúdos, foi rompida. E a atividade de videoanálise com lançamento oblíquo conseguiu a superação de uma relação de ensino unilateral, com apropriação de conteúdos e desenvolvimento de habilidade. Dessa forma pode-se verificar que a docência com tecnologias necessita de aprofundamento teórico e fundamentação na empiria para abrir novos horizontes não somente conceituais, mas, também, de práticas, sempre encorajando um maior 'estranhamento' com relação ao maniqueísmo representado na polarização entre discursos tecnófilos e tecnófobos (FERREIRA, 2015).

A própria experimentação em Ciências da Natureza, que é indicada por Ribeiro e Verdaux (2012) como recorrente prática atrelada ao caráter alegórico, ou de confirmação de leis já demonstradas de forma teórica, pôde ter um papel ativo e de efetiva elaboração de hipóteses durante o processo de videoanálise. A ferramenta Tracker foi de suma importância no processo experimental e muito adequada para essa faixa de ensino.

A atividade revelou-se promissora em suscitar a construção de modelos, fator sugerido por Sanjosé et al (2007) como principal fonte de fracassos nas resoluções expositivas de problemas. Diante de um problema aberto e que apresenta a metodologia de resolução como metaconteúdo, a proposição de um modelo de enfrentamento parece surgir mais naturalmente do que nas tradicionais atividades teóricas.

A ampliação do repertório estudantil foi verificado na extrapolação dos comandos das questões e nas críticas promovidas nas aplicações de fórmulas dissociadas de casos cotidianos, como no caso das dimensões da cesta de basquete, e na influência de fatores externos na análise do fenômeno, como a verificação de um movimento uniforme no eixo horizontal mesmo com a influência do atrito. Vale ressaltar mais uma vez que a construção desse debate foi possível graças ao enfrentamento do problema a partir de um modelo experimental construído e pensado pelos estudantes.

## Referências

BEZERRA JR, Arandi Ginane et al. Videoanálise com o software livre Tracker no laboratório didático de Física: movimento parabólico e segunda lei de Newton. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 29, p. 469-490, 2012.

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DE JESUS, V. L. B.; SASAKI, D. G. G. Video analysis of a low cost experiment on kinetic friction and rolling friction. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 36, n. 3, p. 1-6, 2014.

DE QUADRO PEDUZZI, Luiz Orlando. O conceito de força no movimento e as duas primeiras leis de Newton. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 2, n. 1, p. 6-15, 1985.

FERREIRA, Douglas Alves. Utilização de uma simulação computacional como ferramenta para o ensino de lançamento oblíquo: uma proposta para o ensino de Física. 2014.

FERREIRA, G. M. S. (2015). Refletindo sobre as TIC na Educação e a Tecnologia Educacional. Post no blog Diálogos sobre TIC e Educação [online]; acesso em 03 de Setembro de 2016, de

https://ateliedepesquisa.wordpress.com/2015/05/31/refletindo-sobre-as-tic-naeducacao-e-a-tecnologia-educacional/

GONZALEZ, Encarnaciéon AM. Reversão do Desempenho de Estudantes em um Curso de Fisica Básica. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 23, n. 1, 2001.

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Novas Tecnologias de Informação e Comunicação: uma análise da produção recente.

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RIBEIRO, J.; VERDEAUX, M. Atividades experimentais no ensino de óptica: uma revisão. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 34, n. 4, p. 4403-1/10, 2012.

SANJOSÉ, V.; VALENZUELA, T.; FORTES, M.C. e J.J. SOLAZ-PORTOLÉS (2007). Dificultades algebraicas en la resolución de problemas por transferencia. Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias , 6, 3, 538-561.