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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. 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 cm s−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.

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. Abstract Recent studies in engineering education have shown the importance of developing new approaches in experimental physics lab in the initial series of engineering courses. In this paper it was analyzed the motion of a light spot produced by an oscillating laser on a rigid rod pendulum over a inclined plane. The main parameter in this paper is the distance between the light spot and the pendulum rotating axis. The study of this parameter was made by the analysis of its behavior with respect to time, which was accomplished by comparison of data obtained by two different methods: the analysis of filming of the experiment and the theoretical prevision aligned with the curves fitting over the experimental data. The empirical data were obtained from the video analysis using the Tracker ®software and the graphics and fitting curves were obtained with use of the data analysis software GNU Octave®. This experiment is simple and interesting as well as can be done with accessible resources. Finally, a Python simulation of the whole experiment was constructed in order to assist in the process of visualization and understanding of the analyzed problem.

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.