Apresentação oral em palestra semiplenaria do trabalho "Experiencias virtuales, una herramienta para enseñar mecanica"

Fonseca, Monaliza da

Vanin, Vito Roberto

Universidade de São Paulo

Experiencias virtuales, una herramienta para enseñar mecanica.

Biblioteca Digital da Produção Intelectual da Universidade de São Paulo (BDPI/USP)

  Universidade de São Paulo
 
2013-10-16
 
Experiencias virtuales, una herramienta para
enseñar mecanica.
 
 
Reunion Nacional de Educación em la Fisica - REF XVIII, 2013, San Fernando del Valle de
Catamarca.
http://www.producao.usp.br/handle/BDPI/44566
 
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Departamento de Física Experimental - IF/FEP Comunicações em Eventos - IF/FEP
REF XVIII – REUNION NACIONAL 
DE EDUCACION EN LA FISICA 
16/10/2013 
1 
Indice 
Universidad de São Paulo 
Localización y algunos números 
Instituto de Física 
Carreras, Departamentos, Instalaciones 
Actualidad - Necesidades 
Sitio “Experiencias Virtuales” 
2 
Usp Localización 
Brasil   200 milhões 
Estado de São Paulo    43,6 millones 
Región Metropolitana de São Paulo  ~21 millones 
Demografia 
3 
Usp - Numeros 
91 mil estudiantes de grado y pos-grado 
16 mil funcionarios (no docentes) 
5900 profesores 
 
42 unidades 
247 cursos de grado 
239 programas de pos-graduación 
4 
Usp - Auxílios 
5 
Carreras 
6 
Indice 
Universidad de São Paulo 
 Localización y algunos números 
Instituto de Física 
Carreras, Departamentos, Instalaciones 
Actualidad - Necesidades 
Sitio “Experiencias Virtuales” 
7 
Ifusp: www.if.usp.br 
8 
Ifusp – 
Aceleradores 1 
Acelerador electrostático tipo Pelletron-
tandem, puede alcanzar hasta 1,6 MV de 
tensión en el terminal. Opera con iones de 
H y  He.  
Acelerador Pelletron-tandem de iones 
pesados 
9 
Acelerador de electrones con microondas.  
Líneas de irradiación con: 100  keV, 1.9 y 5 MeV 
10 
Profis    http://fep.if.usp.br/~profis/ 
11 
Indice 
Universidad de São Paulo 
Localización y algunos números 
Instituto de Física 
Carreras, Departamentos, Instalaciones 
Actualidad - Necesidades 
Sitio “Experiencias Virtuales” 
12 
Escases de Profesores 
13 
Deserción 
 SILVA, Fernando Augusto, KAWAMURA, Maria Regina Dubeux. Cursos de 
Licenciatura em Física: Uma revisão sobre os  estudos  de evasão. XIX Simpósio 
Nacional de Ensino de Física, 2011. 
 
14 
Licenciatura en Física - USP 
Disciplinas obligatorias 
15 
Indice 
Universidad de São Paulo 
Localización y algunos números 
Instituto de Física 
Carreras, Departamento, Instalaciones 
Actualidad - Necesidades 
Sitio “Experiencias Virtuales” 
16 
Material didáctico para disciplinas introductorias de 
mecánica: Experiencias reales filmadas 
* Elección de una experiencia 
* Filmación 
* Inserción del código de tiempo 
* Obtención de los cuadros individuales 
* Cálculo de tiempos médios  
* Cálculo de velocidades médias 
* Gráficos 
* Análisis de resultados 
17 
11
11´
)()(
)(





jj
jj
j
tt
txtx
tv
2
11´ 


jj
j
tt
t];[ 11  jj tt
Potencialidades y Limitaciones 
• Precisión de medidas de tiempo y posición 
18 
• Experiencias reales filmadas. Inserción de un código de tiempo adecuado 
• Construcción conceptual (presenta un problema    analizar valores 
experimentales). Ej.: Cual es la velocidad  del carro? 
• Actividad pararealizar paralelamente a las aulas teóricas: abierta al público y libre 
para ser usada de acuerdo a la propuesta actual o con adaptaciones do usuario. 
• Conexión en red: uso en instituciones que no disponen de laboratorio de física;  
el alumno se contacte con experiencias temáticas mide y analiza el experimento.  
En la institución u otro lugar  disponibilidad de tiempo  
• Repetición: encontrar el error cometido (observar la lectura de la foto – posición 
y tiempo- cuantas veces sea necesario) 
•  limite d  v locidad  filmar on una cámara digital común = 30 cm/s 
• El alumno no participa del montaje del experimento 
• No posee la aleatoriedad de medidas reales  
• Guias de: laboratorio, cálculo de errores, confección de gráficos, etc.    
Experimentos Virtuales: 
19 
http://www.fisfoto.if.usp.br/ 
Experimento “Trilho de AR” 
Con vela  Sin vela 
Objetivos  
* Determinar si el movimiento del carro posee velocidad  
   uniforme o es acelerado. 
* A partir del grafico de velocidades vs. tiempo descubrir si 
hay una fuerza resultante actuando sobre el carro.  
20 
Pregunta direcionadora: cual de los carros porta la vela?  
Cuadros del experimento “Trilho de Ar” 
11
11´
)()(
)(





jj
jj
j
tt
txtx
tv
2
11´ 


jj
j
tt
t
El material no muestra  cual carro tiene o no la vela (en el 
laboratorio tradicional la vería).   Analizar los valores 
experimentales sin saber a priori  el resultado.  Fomenta la 
discusión y  estimula el cuestionamiento de los resultados. 
10 
15 
20 
25 
0 2 4 6 8 10 12 14 
v (cm/s) 
t (s) 
sin vela con vela 
0,0 
50,0 
100,0 
150,0 
200,0 
-1 1 3 5 7 9 11 13 15 
S (cm) 
t (s) 
sin vela con vela 
Análisis 
Experimento “Trilho de AR” 
Se explora y asocia 
- Pendiente 
- Aceleración 
- Fuerza resultante 
22 
Derivada? 
a
dt
dv
v
dt
dx


Experimento “Atrito” 
Objetivo  
Familiarizar al estudiante con las propiedades del rozamiento (estático y/o dinámico) de 
contacto en sistemas reales.  
23 
Experimento: “Atrito” 
24 
Coeficientes de rozamiento 
25 
y = 135,72x - 12,207 
0 
10 
20 
30 
40 
0,1 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 
v (cm/s) 
t (s) 
Velocidad 
Distribución de coeficientes de rozamiento 
Aço em madeira
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
coeficiente de atrito
fr
e
q
u
ê
n
c
ia
estático
cinético
0
1
2
3
4
5
0.1 0.15 0.2 0.25
coeficiente de atrito
fr
e
q
u
ê
n
c
ia
estático
cinético
Aço em vidro Consideraciones finales 
Se verifica que este coeficiente posee una 
distribución y que en algunos casos hay 
superposición entre ambos. 
26 
Colisiones 
De lejos 
En close 
colisión inelástica - video 
Colisión elástica - video 
27 
El momento lineal se conserva? 
 
Si? por que? No? Por que? Era esperado ese resultado? 
Fotos del experimento “Colisões” 
28 
Velocidades em colisiones 
Se verifica experimentalmente, el 
comportamiento de la velocidad antes 
y después de la colisión de cada uno 
de los cuerpos. 
Se exploran conceptos como cantidad 
de movimiento lineal, su conservación, 
análisis desde el referencial laboratorio 
y centro de masa. 
29 
Referenciales 
Centro de masa  o  
Laboratório 
-20 
-15 
-10 
-5 
0 
5 
10 
15 
20 
25 
0 2 4 6 8 
ve
lo
ci
d
ad
e
s 
(c
m
/s
) 
t (s) 
velocidades no referencial do centro de massa 
v1CM v2CM 
-30 
-20 
-10 
0 
10 
20 
2,50 2,60 2,70 2,80 
v (cm/s) 
t (s) 
Velocidades en una colisión elástica 
Energía 
30 
La energía se transforma? 
Cuadros Energia 
Masas 
31 
-0,4 
-0,3 
-0,2 
-0,1 
0,0 
0,1 
0,2 
0,3 
0,4 
6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 
Velocidad 
(m/s) 
Tiempo (s) 
Velocidad Média 
Análisis de datos 
32 
• Los valores experimentales permiten la construcción de un gráfico donde 
se verifica la conservación da energía. 
• Se visualiza la transformación de energía salvo con una pequeña 
variación causada por fuerzas disipativas 
0,000 
0,002 
0,004 
0,006 
0,008 
0,010 
0,012 
6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 
E (J) 
Tiempo (s) 
Energía Cinética 
0,000 
0,002 
0,004 
0,006 
0,008 
0,010 
0,012 
6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 
E (J) 
Tempo (s) 
Energía Potencial 
y = -0,0002x + 0,0102 
-0,002 
0,000 
0,002 
0,004 
0,006 
, 08 
0,010 
0,012 
6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 
E (J) 
Tiempo (s) 
Energía Total 
Total Potencial Elastica Linear (Total) 
Plano inclinado - Materiales 
De lejos 
Zoom  
fotos 
33 
Que fuerzas influyen en la trayectória del movimento? 
Normalmente no se analizan situaciones de lanzamiento 
oblicuo donde intervienen fuerzas de rozamiento (se 
desprecia la resistencia del aire).  
En este caso el contacto del objeto lanzado con el plano 
inclinado introduce una fuerza aparte de la fuerza peso   la 
fuerza de rozamiento también es responsable por la  
trayectoria del cuerpo lanzado 
Rueda de Inércia 
34 
Giroscopio 
35 
Giroscopio 
Cualitativo 
Video 1 
Video 2 
Video 3 
36 
• Permite que los estudiantes generen y testen hipótesis 
Obtención de datos primários video 
Velocidad de Precesión 
2,00 
3,00 
4,00 
5,00 
6,00 
7,00 
8,00 
0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 
w(rad/s) 
tm(s) 
spin
precessão
I
Mgd
dt
d
w

w 
37 
Giroscopio 
Cuantitativo 
38 
Giroscopio 
Cuantitativo 
39 
Cálculos de velocidades de spin y de 
precesión 
40 
Determinación de la Inércia rotacional 
de la rueda 
spin
precessão
I
Mgd
dt
d
w

w 
Situação 2 
VALORES EXPERIMENTAIS 
  wp(rad/s) swp(rad/s) ws(rad/s) sws(rad/s)
volta 01 1,33 0,08 10,45 0,02 
volta 02 1,47 0,09 8,96 0,25 
VALORES DO MODELO TEÓRICO 
  wp(rad/s) swp(rad/s) ws(rad/s) sws(rad/s)
volta 01 1,39 0,05 10,92 0,79 
volta 02 1,62 0,08 9,85 0,70 
41 
Rodamiento con deslizamiento 
Video 
Objetivos 
Verificar experimentalmente el comportamiento de las 
velocidades de translación y rotación durante el rodamiento 
con deslizamiento y sin deslizamiento  
Video de lejos 
42 
Fotos de rodamiento 
43 
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
-100
-50
0
50
100
150
 
  Velocidad de Traslación
V
e
lo
c
id
a
d
 d
e
 T
ra
s
la
c
ió
n
 (
c
m
/s
)
Tiempo (s)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
2
4
6
8
10
12
 
  Velocidad Angular
V
e
lo
c
id
a
d
 A
n
g
u
la
r 
(r
a
d
/s
)
Tiempo (s)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
-100
-50
0
50
100
150
 
 
 Tramo_1
 Tramo_2
V
e
lo
c
id
a
d
 d
e
 T
ra
s
la
c
ió
n
 (
c
m
/s
)
Tie po (s)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
2
4
6
8
10
12
 
 
 Tramo 1
 Tramo 2
V
e
lo
c
id
a
d
 A
n
g
u
la
r 
(r
a
d
/s
)
Tiempo (s)
0,0 0,2 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
-10
-50
0
50
10
150
v= -69,7 - 8,6 t
 
 
 
 
V
e
lo
c
id
a
d
 d
e
 T
ra
s
la
c
ió
n
 (
c
m
/s
)
Tie po (s)
v= 160,6 - 158,2 t
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
2
4
6
8
10
12
w= 1,8+ 0,7 t
w= 11,9 - 5,9 t
 
 
 Tramo 1
 Tramo 2
V
e
lo
c
id
a
d
 A
n
g
u
la
r 
(r
a
d
/s
)
Tiempo (s)
Análisis de 
resultados 
44 
 Movimientos com 
velocidad variada y 
velocidad constante 
Lectura simultánea 
de posiciones 
angulares y lineales  
rv w rv w
Accesos a la página: 
http://www.fisfoto.if.usp.br 
del sitio http://www.google.com/analytics/ 
45 
Accesos a la página: 
http://www.fisfoto.if.usp.br/ 
46 
Mayor información 
• Contactos: 
Nora Maidana:    nmaidana@if.usp.br 
Monaliza Fonseca: monalizafonseca@gmail.com 
47 
DAN SCHECHTMAN. PREMIO NOBEL DE QUÍMICA 2011 
“Hay que enseñar ciencia desde el 
jardín de infantes”  
Diario Clarin: Por Valeria Román 
48 


Experiencias virtuales, una herramienta para enseñar mecanica.

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