O Desenvolvimento de simulações computacionais com o Vpython

## O Desenvolvimento de simulações computacionais com o Vpython

## João Gustavo Bueno Rodrigues 1 , Amanda Santos Bueno 2 , Rafael Felipe Pszybylski 3 ,Tarcila Bueno 4

- 1 Instituto Federal do Paraná - Jaguariaíva, joao.rodrigues.ifpr@gmail.com
- 2 Instituto Federal do Paraná - Jaguariaíva, amandabueno224@gmail.com
- 3 Instituto Federal do Paraná - Jaguariaíva, rafael.pszybylski@ifpr.edu.br
- 3 Instituto Federal do Paraná - Jaguariaíva, tarcila.bueno@ifpr.edu.br

Palavras-chave : Vpyhton; Simulações computacionais; Ensino de Física.

O uso das tecnologias digitais (TD) como ferramentas auxiliares na criação de ambientes de aprendizagem mais interativos e criativos é uma temática de grande relevância em pesquisas voltadas ao ensino de Ciências e Matemática. A Base Nacional Comum - BNCC (BRASIL, 2018) ressalta a importância da cultura digital e do uso das TD nos processos de ensino e aprendizagem, reconhecendo-as como elementos essenciais de uma das competências gerais da educação básica.

Nesta perspectiva, considerando as oportunidades oferecidas pelas TD, o objetivo deste trabalho é apresentar as potencialidades da biblioteca Vpython como uma ferramenta viável para o desenvolvimento de simulações computacionais de fenômenos físicos. Com sua utilização, professores e estudantes têm a possibilidade de construir simulações e animações que permitem visualizar e explorar conceitos físicos de maneira prática e envolvente.

Vpython, uma abreviação de "Visual Python", é uma biblioteca integrada à linguagem de programação Python que oferece recursos específicos para a criação de modelos e animações computacionais tridimensionais. Com sua sintaxe simples e clara, os usuários podem adicionar objetos gráficos, como esferas, cubos e cilindros, personalizando suas características como cor, tamanho, posição, massa e velocidade (VPYTHON, 2023). Para acessar informações e instruções sobre a utilização do Vpython, os usuários devem visitar o site http://vpython.org.

Neste trabalho, descrevemos o desenvolvimento de três simulações 1 de fenômenos da área da mecânica, comumente estudados no primeiro ano do ensino médio, a saber: Lançamento oblíquo, lançamento vertical e conservação da energia mecânica.

Para a criação dos códigos de programação, os autores do trabalho estudaram aspectos introdutórios sobre os fundamentos da linguagem de programação Python. Em seguida, se aprofundaram no uso da biblioteca Vpython. Por meio do uso adequado das equações e modelos físicos na construção de algoritmos, é possível a criação de simuladores que abrangem uma ampla variedade de fenômenos Físicos.

Na figura 1, é representada uma simulação do movimento oblíquo. Ao iniciar a simulação, uma esfera é lançada com uma determinada velocidade inicial e ângulo de lançamento. A partir desse momento, a trajetória do objeto é exibida na tela,

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permitindo acompanhar seu movimento no tempo. Além da visualização tridimensional do movimento, é possível observar a construção do gráfico em tempo real, que representa a posição do objeto em relação ao solo em função do tempo decorrido.

Figura 01: Simulação do movimento oblíquo

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A figura 2 ilustra a simulação do movimento de queda livre e o fragmento do código de programação no qual podemos observar a utilização do laço de repetição (while) para a atualização das equações do movimento incorporadas ao algoritmo do programa. Vale ressaltar que a construção da simulação requer conhecimento básico das equações que regem o movimento.

Figura 02: Simulação do movimento da queda livre

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A figura 3 apresenta a simulação que demonstra a conservação da energia mecânica em uma rampa. Ao iniciar a simulação, um objeto é posicionado no topo da rampa. Durante o trajeto, a simulação oferece a visualização detalhada da variação das energias cinética e potencial ao longo do percurso.

Conforme o objeto desce, sua energia potencial vai sendo convertida em energia cinética. Isso significa que, à medida que ele ganha velocidade, sua energia potencial diminui, ao mesmo tempo em que sua energia cinética aumenta. Essa troca de energia ocorre de forma proporcional, de acordo com a Lei da Conservação

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da Energia. A simulação permite uma análise minuciosa dos valores numéricos das energias envolvidas, bem como dos gráficos correspondentes.

Figura 03: Simulação da conservação da energia mecânica

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A partir do desenvolvimento das simulações, no que diz respeito às potencialidades do Vpython para o ensino de Física, podem ser destacados alguns aspectos: I) Com o Vpython, é possível desenvolver atividades em que os alunos possam interagir com simulações e experimentos virtuais, proporcionando uma abordagem pedagógica mais participativa. II) A visualização tridimensional dos fenômenos físicos proporciona uma experiência mais imersiva e estimulante para os alunos; III) A biblioteca Vpython permite que professores criem suas próprias simulações e modelos, adaptando-os às necessidades e objetivos específicos de cada turma.

Por fim, sugere-se como uma possibilidade para pesquisas futuras a incorporação da programação das simulações em Vpython em conjunto com os estudantes, visando explorar os conceitos físicos envolvidos nas simulações por meio do pensamento computacional. Essa abordagem está alinhada com as diretrizes da Base Nacional Comum - BNCC (BRASIL, 2018), que evidenciam a importância do desenvolvimento de habilidades computacionais na educação.

## Referências

BRASIL. Base Nacional Comum Curricular: ensino médio . 2018. Disponível em:

&lt;

http://basenacionalcomum.mec.gov.br/images/historico/BNCC\_EnsinoMedio\_embaix a\_site\_110518.pdf &gt;. Acesso em: 25 Jun de 2023.

VPYTHON. VPython . Disponível em: &lt; https://vpython.org &gt;. Acesso em: 26 de Jun de 2023

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