Uso de videoanálise para experimentos de mecânica na disciplina Física Por Atividades na UFF.

## Uso de videoanálise para experimentos de mecânica na disciplina Física Por Atividades na UFF

## I. R. A. Vianna , F. Michelini , G. B. Alves , L. Sigaud 1 2 3 4

- 1 Instituto de Física/Universidade Federal Fluminense, isabela\_vianna@id.uff.br
- 2 Instituto de Física/Universidade Federal Fluminense, fernandamichelini@id.uff.br
- 3 Instituto de Física/Universidade Federal Fluminense, gbie@id.uff.br
- 4 Instituto de Física/Universidade Federal Fluminense, lsigaud@id.uff.br

## Resumo

A videoanálise vem ganhando cada vez mais espaço nos últimos anos em ambientes de ensino de Física, inclusive como uma ferramenta complementar dentro do ambiente de física experimental tradicionais em laboratórios. Acoplar práticas experimentais à utilização de videoanálise permite ampliar consideravelmente o arsenal de opções tanto para a realização de experimentos quanto das análises possíveis de dados tomados por estudantes. Pensando em ampliar o domínio de aplicação dessa ferramenta, relatamos aqui a inserção da videoanálise em uma disciplina teórica introdutória para ingressantes no curso de Física da Universidade Federal Fluminense, tratando basicamente de discussões conceituais e quantitativas sobre mecânica Newtoniana, a empregando em experimentos desta área, com a mediação de duas monitoras. A resposta das alunas e dos alunos nas turmas onde este trabalho foi aplicado foram bastante positivas, e a documentação da experiência e seus resultados podem fundamentar a incorporação desta ferramenta permanentemente em disciplinas como essa. Além disso, uma vez que a disciplina lida com conhecimentos ainda oriundos do Ensino Médio, as atividades discutidas aqui podem ser transpostas diretamente para serem empregadas em turmas escolares.

Palavras-chave : Ensino de física, Videoanálise, mecânica

## Introdução

Um fato já bem conhecido popularmente é que o Brasil possui mais dispositivos digitais (celulares, computadores, notebook e tablet) do que habitantes (Portal FGV). Cada vez mais nossa vida depende dos computadores e celulares para realizarmos tarefas cotidianas, como abrir conta em um banco, ou traçar uma rota ao seu destino, a tarefas mais complexas como a modelagem computacional de um processo físico. Nesse contexto, verifica-se que os jovens estão imersos no mundo digital e que o celular representa um dispositivo de uso contínuo, seja para comunicação, seja para entretenimento. Assim sendo, a introdução de metodologias de ensino de física que explorem esses dispositivos digitais se tornam mais atrativas para os estudantes que se utilizarão de um ferramental relativamente presente em seus cotidianos.

Com essa visão, um projeto vinculado ao Programa de Licenciaturas (PROLICEN) está sendo desenvolvido na Universidade Federal Fluminense (UFF), desde maio/2024, com a atuação de duas alunas bolsistas do curso de licenciatura em Física, Isabela e Fernanda, co-autoras deste trabalho, as quais auxiliam o professor no desenvolvimento de videoanálises. A ideia principal é introduzir a videoanálise aos alunos ingressantes do curso de Física (UFF) na disciplina de Física por

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

Atividades (FPA), que consiste em uma disciplina, de primeiro período e anterior à disciplina de Física I, voltada a trabalhar principalmente os conceitos de mecânica. Nesse sentido, o projeto visa trabalhar com a filmagem de uma situação cotidiana por parte do aluno e a posterior análise do vídeo usando o software específico e gratuito Tracker (BROWN, 2021), que funciona com base na videoanálise e foi desenvolvido utilizando como base as bibliotecas de códigos Java da Open Source Physics (BORDIN, 2020). Ele possui diversos recursos e possibilidades didáticas de serem trabalhadas, mas as que mais se destacam são o rastreamento quadro a quadro de objetos em movimento, com a possibilidade da sobreposição de gráficos de posição, velocidade e aceleração, filtros de efeitos especiais, múltiplos sistemas de referência e pontos de calibração. Outros experimentos realizados em condições específicas que sirvam de demonstrações de conceitos de mecânica também foram desenvolvidos pelas bolsistas com o objetivo de enriquecer as discussões em aula trazidas pelo professor. Dessa forma os alunos ingressantes podem ter uma experimentação dos conceitos trabalhados em aula regular, como velocidade instantânea, velocidade angular, aceleração centrípeta, aceleração tangencial, impulso, momento linear, trabalho e energia mecânica.

Neste trabalho serão apresentados os trabalhos desenvolvidos pelas bolsistas e professor durante o período de introdução da videoanálise na disciplina de FPA, a forma como os conceitos de mecânica foram abordados e a resposta dos alunos frente a essa nova metodologia na disciplina como maneira de materializar e sedimentar os conceitos discutidos em sua ementa.

## Objetivos:

- O presente trabalho tem diversos objetivos a serem atingidos, mediante utilização da videoanálise em sala de aula. As diferentes metas, que consideramos importantes de serem alcançados aqui, estão listadas abaixo de forma itemizada, a fim de apresentar cada ponto separadamente para melhor organização, mas sempre tendo em mente que todos eles têm interseções e perpassam uns aos outros sem fronteiras bem definidas:
- ● Aprendizado da técnica de videoanálise por parte dos alunos matriculados na disciplina de FPA, empregando-a em experimentos básicos voltados para dinâmica e mecânica newtoniana;
- ● Redução das distância de formação entre alunos oriundos de escolas com infraestrutura de laboratórios e alunos oriundos de realidades menos favorecidas, de maneira que consigam visualizar a Física por trás de experiências cotidianas;
- ● Apresentação da técnica de videoanálise aos alunos do curso de licenciatura em Física, para que possam levar consigo ao longo de sua jornada profissional como docentes do Ensino Médio, elevando a qualidade da educação;
- ● Criação de práticas pedagógicas combinando videoanálise e experimentação com conteúdos relevantes, segundo a Base Nacional Curricular Comum (BNCC), para o Ensino Médio;

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- ● Envolvimento de bolsistas vinculados ao projeto no quesito de práticas pedagógicas que possam agregar valor à sua formação acadêmica e no ensino de Física;
- ● Teste e aplicação das práticas criadas em turmas de Física Por Atividades, disciplina voltada para ingressantes nos cursos de Física e Matemática da Universidade Federal Fluminense;
- ● Levantamento e análise da resposta ( feedback ) de estudantes da disciplina de Física por Atividades acerca das práticas apresentadas.

## Metodologia

A implementação da videoanálise na disciplina FPA visou utilizar uma metodologia ativa como prática pedagógica. Segundo Berbel (2011), as metodologias ativas podem ser entendidas como formas de desenvolvimento do processo de ensino-aprendizagem por meio de experimentações reais ou simuladas a fim de envolver o aluno ativamente em seu aprendizado. A metodologia ativa estimula o desenvolvimento de habilidades como o pensamento crítico, resolução de problemas, autonomia, responsabilidade e incentiva o trabalho em grupo, fazendo com que por meio dessas capacidades os alunos possuam mais facilidade em compreender os conteúdos lecionados. Dessa forma, a metodologia foi implementada na disciplina através de atividades práticas em grupo, nas quais os alunos tiveram o prazo de aproximadamente uma semana para filmar uma situação com objetos que fazem parte do cotidiano para trabalhar conceitos de mecânica discutidos previamente em sala de aula. Os alunos seguiram um roteiro desenvolvido pelo professor e pelas bolsistas em que cada item respondido e corretamente desenvolvido constitui uma parte da nota final do grupo.

As atividades foram passadas com instruções de gravação e utilização do software Tracker e a indicação de qual movimento estudado na semana será analisado, como mostram as figuras 1 e 2. O software permite que os alunos extraiam parâmetros cinemáticos como deslocamento, tempo, velocidade e aceleração, de forma precisa.

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Figura 1: Exemplo de atividade sobre movimento de um corpo com velocidade constante realizada no semestre 24.1

(Figura de autoria própria)

Figura 2: Exemplo de atividade sobre movimento circular realizada no semestre 24.1 (Figura de autoria própria)

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A análise dos dados obtidos experimentalmente foi confrontada com os modelos teóricos apresentados pelo professor em sala de aula, essa comparação permite que os alunos verifiquem a consistência dos conceitos teóricos com os comportamentos observados no cotidiano, além de desenvolver uma compreensão mais profunda das eventuais discrepâncias causadas por fatores experimentais, como atrito ou erros de medição.

Essa metodologia não só promove a aplicação prática dos conceitos de física, mas também estimula o desenvolvimento de competências em análise de dados, utilização de softwares e pensamento crítico na interpretação dos resultados.

## Resultados

Seguindo o modelo das atividades propostas ao longo do período 24.1, será apresentado o resultado de trabalhos elaborados pelos alunos. Utilizaremos como

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exemplo para uma breve análise dois dos grupos que realizaram a atividade semanal 3, visando que a turma já estaria mais familiarizada com as atividades propostas, onde um grupo obteve uma boa execução e outro que não realizou o que foi proposto.

A finalidade do trabalho era identificar o coeficiente de atrito estático com o uso do tracker, dividindo esse processo em duas questões. Na questão 1, o objetivo era comprovar algebricamente as afirmativas apresentadas e na questão 2 era para criar um sistema simples de plano inclinado, filmasse, realizasse a videoanálise e, utilizando dos resultados da questão 1, determinasse o coeficiente de atrito estático.

O grupo A apresentou resultados de todos os cálculos que foram pedidos na questão 1, gravou um vídeo com enquadramento apropriado para efetivar a videoanálise no tracker e conseguiu determinar o coeficiente de atrito estático. Um frame desta análise pode ser vista na figura 3.

Figura 3 : Um dos frames da videoanálise apresentada pelo grupo A . (Figura de autoria própria)

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No grupo B, além de não apresentar todos os resultados que foram exigidos na questão 1, não seguiram as instruções indicadas no trabalho para a realização do experimento, como ilustrado na figura 4, não realizaram a videoanálise e, por conta disso, não determinaram o coeficiente de atrito estático.

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Figura 4 : Um dos frames da videoanálise apresentada pelo grupo B. (Figura de autoria própria)

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Comparando o resultado de um dos melhores trabalhos apresentados com um dos que não obtiveram êxito, podemos observar que o principal erro já se inicia com a criação do plano inclinado, dado que a inclinação da superfície já se inicia no ponto crítico e que o enquadramento do vídeo não está seguindo o indicado. O grupo B, por não seguir corretamente as instruções indicadas na atividade, provavelmente encontrou mais dificuldades em realizar a videoanálise e com isso não conseguiu concluir o objetivo do trabalho. Além disso, observa-se que o plano do movimento não está paralelo ao plano de filmagem, o que introduziria um erro de paralaxe nas medidas.

Ao final do período, como já havíamos trabalhado o desenvolvimento dos vídeos sendo de autoria própria dos alunos, decidimos que no conteúdo de colisões iríamos criar vídeos com diferentes cenários de colisões oferecendo informações pertinentes e com condições ideais, desenvolvidos em um dos laboratórios experimentais da universidade, ilustrado nas figuras 5 e 6.

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Figura 5: Exemplo de um dos vídeos sobre colisão parcialmente inelástica gravados no semestre de 24.1 (Figura de autoria própria)Figura 6: Exemplo de um dos vídeos sobre colisão parcialmente elástica gravados no semestre de 24.1(Figura de autoria própria)

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Nosso intuito era que, ao realizar a videoanálise baseada nesses vídeos com condições ideais, ilustrado na figura 7, poderíamos discutir especificamente sobre os possíveis erros vinculados a utilização do software e a gravação inadequada do evento estudado.

Figura 7 : Exemplo de uma das videoanálises feitas para apresentar em sala de aula. (Figura de autoria própria)

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## Conclusões e Perspectivas

Nosso trabalho focou no relato da experiência de utilização de videoanálise em sala de aula de uma disciplina introdutória do curso de Física da Universidade

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Federal Fluminense. O emprego da videoanálise por parte dos estudantes, entre erros e acertos, se provou uma ferramenta potente para ampliar a experiência da física experimental para além do tempo disponível nos espaços físicos dos laboratórios da universidade. Além disso, ela se apresenta como uma alternativa ainda que de forma substitutiva da prática experimental in loco -para instituições que não possuam laboratórios físicos funcionais. A possibilidade da utilização de vídeos para exercer a prática experimental transforma o celular em um laboratório 'de bolso' e possibilita uma expansão na gama de fenômenos físicos que podem ser estudados sem a necessidade de kits laboratoriais muitas vezes caros.

- O feedback que tivemos dos estudantes foi extremamente positivo neste sentido. Uma pesquisa de opinião anônima com os estudantes participantes da disciplina foi elaborada e seus resultados serão apresentados no simpósio. Dentre as questões mais comentadas, identificamos uma extremamente positiva -uma empolgação dos estudantes em aprender e utilizar a videoanálise dentro e fora da sala de aula - e uma nem tanto: a falta de computadores em casa ou o acesso a computadores na hora da aula teve um impacto negativo na hora da análise de dados. Para solucionar esta questão, na próxima aplicação desta ferramenta, no semestre de 2024.2, será utilizada uma sala de computadores para um horário de monitoria, a fim de uma maior interação das bolsistas co-autoras deste trabalho com os alunos, auxiliando-os na utilização do Tracker , e um tempo dedicado à análise de dados munidos de equipamentos para tal no próprio horário de aula.

## Referências

Uso de TI no Brasil: País tem mais de dois dispositivos digitais por habitante, revela pesquisa. Portal FGV , 3 de maio de 2023. Disponível em: &lt;https://portal.fgv.br/noticias/uso-ti-brasil-pais-tem-mais-dois-dispositivos-digitais-hab itante-revela-pesquisa&gt;. Acesso em: 8 de set. de 2024.

BROWN, D. Tracker video analysis and modeling tool (disponível em http://physlets.org/tracker), acessado em 27 de março de 2024.

BORDIN, G. Guia didático -Videoanálise no Ensino de Física -Uma abordagem utilizando o Software Tracker. Curitiba, 2020.

BERBEL, Neusi Aparecida Navas. As metodologias ativas e a promoção da autonomia de estudantes. Semina: Ciências Sociais e Humanas , [S. l.] , v. 32, n. 1, p. 25-40, 2012. DOI: 10.5433/1679-0383.2011v32n1p25. Disponível em: https://ojs.uel.br/revistas/uel/index.php/seminasoc/article/view/10326. Acesso em: 6 set. 2024.

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