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O uso da cronofotografia em trabalhos práticos de física no ensino fundamental e médio

Você quer estudar cronofotografias em sala de aula? Este artigo contém todas as informações para encontrar cronofotografias, analisar movimentos com FizziQ e compartilhar os dados em uma planilha.


Índice:


Cronofotografia e ciência


Primeiro um pouco de história!


Três fotógrafos desenvolveram a técnica da cronofotografia, técnica fotográfica que consiste em capturar diversas imagens de um objeto em movimento em intervalos regulares de tempo e depois reuni-las em uma única imagem. Esses artistas e cientistas são Étienne-Jules Marey , Eadweard Muybridge e Berenice Abbott .


Pelicanos de Étienne-Jules Marey

A cronofotografia foi inventada pelo fotógrafo francês Étienne-Jules Marey no século XIX e foi amplamente utilizada para analisar os movimentos de animais, humanos e objetos mecânicos. Ele inventou o rifle fotográfico, dispositivo capaz de tirar diversas imagens em rápida sucessão em uma única chapa fotográfica.


Eadweard Muybridge é famoso por seus estudos do movimento animal, particularmente por sua série de fotografias intitulada "Sallie Gardner at a Gallop". Foi graças a ele que a controvérsia sobre se os cavalos levantavam as quatro patas do chão durante certas fases do galope foi encerrada . Sua análise mostrou que era esse o caso e é a primeira vez que a fotografia é usada para resolver um problema científico.


Berenice Abbott foi uma fotógrafa americana famosa por suas fotografias documentais da cidade de Nova York na década de 1930. Nas décadas de 1950 e 1960, Abbott trabalhou em um projeto chamado "Documentando Ciência" , onde explorou várias técnicas fotográficas para ilustrar princípios científicos e tornar a ciência mais acessível ao público em geral . Neste projeto, ela usou métodos de fotografia estroboscópica e de alta velocidade para capturar imagens de fenômenos em movimento rápido.


Esses fotógrafos mostraram a contribuição que a cronofotografia poderia dar ao estudo e ao ensino das ciências. Graças ao seu trabalho, os professores têm à sua disposição os recursos para apresentar aos seus alunos diversos aspectos da física.


Quais cronofotografias devo usar nas aulas?


O ideal é que os alunos participem da produção das imagens. Infelizmente a produção de cronofotografias pelo Photoshop ou outro é um processo longo e parece que a aplicação que existia para criar a sua própria cronofotografia a partir de um filme já não está disponível. Se quiser envolver a sua turma na produção, é melhor recorrer à análise de vídeos cinematográficos.


Na internet encontramos lindas cronofotografias perfeitamente adequadas aos trabalhos de aula. Eles também são encontrados em livros de ciências. Também podemos usar fotografias antigas que sejam divertidas para os alunos. Na página https://www.fizziq.org/chronophotographies você também encontrará muitas cronofotografias para usar nas aulas.


Dica : se você possui um documento no qual está impressa uma cronofotografia e deseja analisar essa imagem com o FizziQ, a maneira mais fácil é tirar uma foto deste documento , que pode ser utilizada diretamente no aplicativo FizziQ.


FizziQ permite estudar quase qualquer tipo de cronofotografia : um desenho, uma imagem em filme fotográfico ou uma cronofotografia disponível em um endereço web ou em fizziq.org. Todas essas imagens podem ser baixadas no aplicativo e descreveremos na próxima seção como fazê-lo.


Para que uma cronofotografia seja utilizável e realize uma análise cinemática de qualidade, ela deve ter várias características:

  • A escala deve ser facilmente legível

  • A frequência de captura da imagem deve ser conhecida

  • As diferentes posições do objeto devem ser fáceis de apontar com precisão (sem desfoque ou sobreposição)

  • as posições devem estar na (ou perto) da mesma distância da lente

Publicamos 7 recomendações importantes quando você deseja criar um vídeo para cinemática e essas observações também podem ser úteis na cronofotografia.


Que TPs realizar com a cronofotografia?


Uma cronofotografia permite obter as seguintes informações sobre o movimento de um objeto ou de uma pessoa: as posições x e y, o vetor velocidade, vetor aceleração, energia cinética e potencial, ângulo e velocidade de rotação.


Esta informação torna possível estudar praticamente todos os aspectos dos programas de mecânica do ensino fundamental e médio:

  • Movimento uniforme: Bicicleta, pessoa andando, bola lançada ao chão. Estudo da trajetória, cálculo da velocidade.

  • Queda livre : Objeto em queda. Trajetória, velocidade, aceleração, cálculo de g, cálculo de vetores velocidade, atrito.

  • Pêndulo simples : Análise do movimento oscilatório de um pêndulo simples. Conservação da energia mecânica, período e comprimento do fio, amplitude, velocidade no ponto baixo, cálculo dos vetores de velocidade.

  • Movimento parabólico : Objeto lançado ao ar. Estudo da trajetória parabólica, alcance, altura máxima, duração do voo, conservação da energia mecânica.

  • Movimento circular uniforme : Um objeto em movimento circular uniforme, como uma bola presa a um fio giratório. Velocidade tangencial.

  • Movimento de uma mola : Análise do movimento de um objeto preso a uma mola em oscilação vertical ou horizontal. Medição do período, amplitude e constante de rigidez da mola.

  • Fricção : Estude o efeito da fricção de uma peteca de badminton ou de um objeto deslizando sobre uma superfície ou da queda de uma gota em um líquido. Distância percorrida, vetor velocidade, coeficiente de atrito.

  • Colisão : Estudo de colisão elástica e não elástica. Energia cinética dos dois objetos, determinação do tipo de colisão.

  • Ondas : Observe a propagação das ondas na superfície da água ou em uma corda bamba. Analise a velocidade de propagação, comprimento de onda e frequência das ondas.

  • Movimentos complexos: movimentos do atleta envolvendo diversas sequências como o salto com vara. Energia, velocidade, aceleração

  • Centro de inércia : Estudo de um objeto lançado em rotação. determinação do centro de inércia


Carregar uma fotografia para FizziQ


Você acessa o módulo de cinemática na aplicação na aba Ferramenta de Aplicação e depois em Estudo Cinemático. No menu você pode estudar um vídeo ou uma cronofotografia. Selecionamos Cronofotografia e acessamos o menu de seleção de fotos.


O usuário pode baixar:

  • uma imagem do filme . Ao pressionar Minhas Imagens ele acessa sua biblioteca e pode escolher qualquer imagem disponível

  • uma das imagens oferecidas no aplicativo entre as da queda livre, da parábola ou do pêndulo

  • uma imagem disponível na internet , seja na biblioteca do site fizziq.org, ou em um endereço onde o arquivo da imagem esteja localizado

Baixar uma imagem da biblioteca de imagens e vídeos criada por FizziQ para o estudo da cinemática. : pressione “Recursos FizziQ” e copie o link da imagem que deseja adicionar. Volte ao aplicativo e toque em “Internet” e depois no ícone “Colar”. Pronto, a imagem está pronta para ser analisada.


Para baixar uma imagem de um arquivo disponível na internet: coloque uma cópia do link de internet dessa imagem na área de transferência, no aplicativo pressione “Internet” e depois o ícone “Colar”.

Analise uma cronofotografia


A análise de uma cronofotografia com FizziQ é feita em três etapas:

A qualquer momento você pode retornar ao passo anterior para alterar a escala ou modificar pontos do movimento.


Dimensionamento

O dimensionamento é feito em três etapas que podem ser feitas em qualquer ordem:

- posicionar o Origin movendo o cursor com o dedo

- posicionamento do Fim

- entrada do comprimento da escala

Até que essas três etapas sejam concluídas, não podemos passar para a próxima etapa. Assim que o dimensionamento estiver concluído, pressione a guia “Apontar” à direita


Pontuação

a pontuação consiste em duas etapas:

- verificar se o intervalo de tempo é mesmo aquele que corresponde à sequência de imagens. Este intervalo é inserido em milissegundos,

- insira todos os pontos do movimento movendo o alvo com o dedo para posicioná-lo e pressionando o círculo para validar.

Se você cometeu um erro, pode cancelar pressionando a lixeira. Para ocultar as indicações que podem atrapalhar o apontamento, você pode pressionar o olho. Finalmente, a câmera permite fazer uma captura de tela.


Resultados

Depois de anotado todo o movimento, podemos passar à análise que se realiza no caderno de experiências utilizando as possibilidades gráficas da aplicação:

- selecione os dados que deseja transferir para o notebook. Um máximo de 3 dados podem ser selecionados,

- transferir os dados pressionando Notebook,

- o aplicativo muda para o caderno de experimentos e os dados são adicionados no final do caderno.

Use o caderno de experiência


O caderno de experiências é um dos recursos específicos do aplicativo FizziQ. Ele permite organizar dados, analisá-los graficamente, adicionar texto e fotos para documentar seu raciocínio e depois exportá-los.


Os dados da análise cinemática são adicionados ao caderno na forma de uma nova ficha de observação tipo tabela. Uma tabela no FizziQ equivale a uma planilha. As linhas podem ser adicionadas pressionando o botão + ou excluídas empurrando a linha para a esquerda (deslizar para a esquerda). A última linha da tabela permite adicionar estatísticas.


Na parte inferior do mapa encontramos as possibilidades gráficas da tabela . Os botões permitem criar gráficos combinando as 3 colunas de dados. Em um gráfico, os botões + e - permitem alterar a escala e o botão de cima para baixo para centralizar o gráfico. O botão à direita permite realizar interpolações lineares ou quadráticas dos dados.


A tabela é uma ferramenta em evolução e outros recursos são adicionados regularmente.


Exportar dados


Uma das vantagens do FizziQ é a capacidade de exportar dados com muita facilidade . Muitos professores preferem usar uma planilha no computador, mas usam a capacidade do módulo cinemático para que seus alunos analisem os dados rapidamente com seus smartphones.


Uma vez que os dados estejam no caderno de experimentos, eles podem ser exportados para um arquivo no formato CSV:

- no bloco de notas, pressione o ícone Compartilhar no canto superior direito da tela

- selecione "Criar um arquivo CSV"

- decida um separador decimal de ponto ou vírgula dependendo da configuração da sua planilha

- exportar o documento


Para saber mais


A Fundação la main à la pâte publicou um desafio sobre cronofotografia .


O módulo de cinemática e a utilização de vídeos para criação de cinemáticas no FizziQ estão descritos neste tutorial elaborado por nossa equipe .


Você também pode consultar o excelente vídeo de Jean-Michel Courty para Billes de Sciences sobre a utilização do aplicativo FizziQ para análise cinemática.

















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