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Em física, vários problemas são estudados considerando o objeto extenso como sendo uma partícula na ausência total de atrito. Para objetos em rolamento, esta aproximação acarretará em um grave desacordo entre a teoria e a experimentação, principalmente pelo fato de que, sem atrito entre o objeto e a superfície, não há rolamento. Neste trabalho, é apresentada uma proposta experimental para o estudo do rolamento, sem deslizar, ao longo de um plano inclinado, com o qual é possível obter o comportamento temporal da posição. Além da cinemática básica relativa ao deslizamento na ausência total de atrito, o momento de inércia dos corpos em rotação, cilindros, tubos e esfera, não pode ser suprimido da análise. O uso do Arduino, associado ao sensor HC-SR04, possibilita a obtenção de um grande número de pontos para posterior análise gráfica da posição do centro de massa em função do tempo para o objeto que rola a partir do repouso em um plano inclinado. As medidas obtidas com o uso do aparato proposto apresentam uma boa correlação com os resultados esperados, possibilitando a análise e estudo do experimento, bem como, é possível identificar, graficamente, a discrepância que poderia acarretar uma vez que se desconsiderasse o momento de inércia.

In physics, several problems are solved by considering the extended object as being a particle with all the mass concentrated in the center of mass and neglected dimensions, however for rotating and rolling objects this approximation will result in a serious disagreement between theory and experimentation. In this work we present an experimental assembly of a sliding body on an inclined plane, which can measure its position as a function of time and thus predict its velocity and acceleration. In addition to basic kinematics, the moment of inertia of rotating bodies will be considered. We will use bodies with different shapes and moments of inertia, experimentally identifying their contribution along the displacement. We propose the construction and use of an experimental apparatus using Arduino, collecting a large number of points, in which it is possible to analyze the temporal displacement of the center of mass of the object along the inclined plane with different angles, cylindrical and spherical objects, identifying the discrepancy when disregarding the moment of inertia of the rotating bodies. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Em uma ciência cada vez mais orientada a dados, o uso de métodos computacionais inteligentes é progressivamente indispensável. Neste contexto, torna-se importante expor os estudantes de graduação em física às metodologias de inteligência artificial e aprendizado de máquina. Neste trabalho propomos uma forma de utilizar tais métodos na física, resolvendo o problema didático do rolamento em um plano inclinado. Para tanto, introduzimos os principais conceitos das técnicas de aprendizado de máquina e realizamos medidas do tempo que diferentes objetos (aro, disco e esfera) levam para percorrer uma certa distância, de acordo com a altura inicial e o ângulo de inclinação do plano. Com estes dados, aplicamos métodos de classificação capazes de predizer o objeto que rolava sobre o plano com acurácia de 83%, e métodos de regressão capazes de prever a velocidade média do objeto com erro absoluto médio de 1.4 cm s−1. Mostramos também que este modelo didático é instrutivo pois possibilita uma comparação direta com modelos físicos tradicionais e serve como exemplo introdutório para a discussão do que significa ensinar física para o computador.

O momento de inércia de um corpo é uma grandeza estudada em muitas disciplinas introdutórias de física, nos cursos de ciências exatas do ensino superior, em sua maioria numa abordagem puramente teórica e com maior ênfase nos corpos com distribuição de massa homogênea, devido à complexidade do problema. Para mostrar como isso pode ser afetado quando não existe essa homogeneidade é apresentado, neste trabalho, um método, baseado na análise de vídeo, que busca avaliar o movimento de um anel sobre um plano em diferentes ângulos de inclinação. Os resultados mostram que a metodologia é eficiente na determinação do momento de inércia de um anel homogêneo, uma vez que para esse tipo de objeto o raio de giração esperado é igual a 1 e o valor obtido foi de 0,97, isto é, um desvio de 3% em relação ao valor teórico. Esse resultado serviu para validar o valor de 0,66 do raio de giração de um anel não homogêneo era o correto, visto também ter apresentado variação aproximada de 3% entre os valores obtidos.

In an increasingly data-oriented science, the use of automatic computational methods is progressively indispensable. In this context, it becomes important to expose undergraduate physics students to artificial intelligence and machine learning methodologies. In this work we propose a way to use such methods in physics, solving the didactic problem of rolling on an inclined plane. We introduce the main concepts of machine learning techiniques and measure the travel time of different objects (rim, disk and sphere) for an initial height and tilt angle. Based on these data, we used classification models capable of predicting the object that was dropped with an accuracy of 83%, and regression models which were able to predict the average speed of the object that was rolled with mean absolute error of 1.4 cms-1. We also show that this didactic model is instructive because it allows a direct comparison with physical models and serves as a discussion of the meaning of teaching physics to the computer. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Se presenta un dispositivo para la determinación del coeficiente de fricción estática diseñado para mejorar la experiencia en la toma de datos, sin sacrificar su contenido didáctico. El sistema, basado en la medición del ángulo crítico de deslizamiento para un objeto sobre un plano inclinado, utiliza un sensor de posición, eliminando el factor tiempo de reacción en la medida. Un microcontrolador ARDUINO UNO, permite la adquisición y registro de datos de posición y ángulo de inclinación del plano en forma simultánea, con lo que se determina el ángulo crítico. Adicionalmente se incluye un mecanismo de variación continua del ángulo del plano mediante una conexión mecánica no solidaria, reduciendo así los movimientos bruscos o la transmisión de vibraciones del motor a la superficie de medición. Con el sistema propuesto se obtienen coeficientes de fricción con un alto grado de reproducibilidad, proporcionando valores que no sobrepasan el 3% de error en las medidas. El sistema fue probado, usando igual metodología, con superficies de diferentes características, obteniéndose resultados satisfactorios. Como prueba de confiabilidad, se utilizó el equipo en un conjunto de experimentos para determinar la influencia de vibraciones mecánicas sobre los resultados.

Dado el avance de la tecnología tangible dentro del área de la interacción humano-computadora y lo costoso de adquirir y actualizar el equipamiento en los laboratorios de física de las instituciones de educación universitaria, en este trabajo se probó la factibilidad de usar un control de mando del juego de video de Wii llamado Wiimote, como dispositivo tangible, en una práctica de plano inclinado. Los resultados fueron satisfactorios y los estudiantes manifestaron que el diseño de la experiencia implantada contribuye al aprendizaje conceptual y procedimental relacionado con el plano inclinado. Los resultados parecen evidenciar la utilidad de la tecnología tangible en la construcción de representaciones más cercanas a los modelos de la ciencia y ayudar a los estudiantes a formarse imágenes mentales que pudieran ellos usar para nuevos retos. Se espera desarrollar este montaje con un diseño pedagógico.

In this work we have examined the motion of a body that rolls on an inclined plane, without the assumption of a rigid body. Under these conditions, the body may suffer small deformations. From the equations of motion we obtain an analytical expression for the acceleration of the center of mass. We show that some cases reported in the literature can be obtained as special cases of our expression. In addition, we obtain an expression for the friction coe?cient of rolling, which can be calculated from experimental measurements performed on an inclined plane. These results can be used for students of physics to do a deeper analysis of the friction phenomenon associated with rolling bodies. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Se describen algunos montajes experimentales simples de planos inclinados que pueden ser modelos de intervención didáctica para introducir y establecer las leyes del movimiento uniformemente acelerado. Especial énfasis se ha puesto en la utilización de un plano inclinado sincrónico para establecer una de las formulaciones de Galileo acerca de las leyes que rigen este movimiento.

Resumo Estudos recentes na área do ensino de engenharia têm mostrado a importância de se desenvolver novas abordagens nas aulas de laboratório experimentais de física nas séries iniciais dos cursos de engenharia. Neste artigo apresentamos os resultados de uma proposta de desenvolvimento, baseada na metodologia PBL, de um experimento de fácil construção e montagem, porém de análise e interpretação dos dados bastante complexos. O experimento denominado, pêndulo a laser, tem o objetivo de analisar o movimento de um ponto de luz produzido por um laser que está acoplado num pêndulo de haste rígida cuja oscilação do ponto de luz ocorre sobre um plano inclinado de ângulo variável. Os dados experimentais foram obtidos por meio das filmagens com o uso do software de rastreamento Tracker®enquanto as análises dos modelos teóricos desse problema, bem como os gráficos e as curvas ajustadas foram obtidos com o uso do software de análise de dados GNU Octave®. Por fim, uma simulação em Python de todo o experimento foi construída a fim de auxiliar no processo de visualização e entendimento do problema analisado.

Neste trabalho analisamos o rolamento de um corpo sobre um plano inclinado relaxando a hipótese de corpo rígido, isto é, consideramos o corpo como deformável. A partir das equações de movimento obtemos uma expressão analítica para a aceleração do centro de massa do corpo. Mostramos que casos conhecidos na literatura podem ser obtidos como casos particulares da nossa expressão. Adicionalmente, obtemos uma expressão para o coeficiente de atrito de rolamento o qual pode ser calculado a partir de medidas experimentais realizadas num plano inclinado.

Neste trabalho, mostramos como construir um marcador de tempo similar àquele adotado pelo PSSC (Physical Science Study Committee) utilizando um compressor de ar para aquário e uma caneta hidrográfica. Em seguida, mostramos, também, como esse marcador pode ser utilizado tanto para registrar o movimento de um objeto a partir de pontos impressos sobre uma fita de papel presa ao objeto, como para medir intervalos de tempo com auxílio de técnicas eletrônicas para iniciar/interromper automaticamente seu funcionamento. Os experimentos sugeridos para ilustrar possíveis aplicações do dispositivo proposto permitem estudar não só as relações entre deslocamento, velocidade e tempo associadas a um movimento uniformemente variado, como também questões relacionadas com a dinâmica de translação e rotação.