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Objetivos: Conhecer sensores Conhecer a interface Arduino e Processing Realizar medições de posição, com auxílio de régua ou paquímetro Desenvolver análise de valor médio e erro relativo Introdução: Sensores são dispositivos eletrônicos que convertem uma variação de grandeza física em uma variação de grandeza elétrica: tensão, corrente ou resistência. Os sensores são usados em portas automáticas, em termômetros digitais, em sistemas antifurto, na rotação automática da tela do celular ou tablet e em outras inúmeras aplicações. No experimento Oscilador harmônico amortecido com o uso do Arduino e Processing é utilizado um sensor óptico por reflexão. Este é formado por um LED (Diodo Emissor de Luz) e um fototransistor infravermelho. O LED emite uma luz, no comprimento do infravermelho, que é refletida pela etiqueta colada na régua (reflexão difusa). A partir da intensidade luminosa captada pelo fototransistor, é gerada uma variação de tensão que é percebida e digitalizada pelo Arduino. O sinal digitalizado é transmitido ao computador pela conexão USB, sendo processado pelo Processing e apresentado em sua interface. Procedimento: Comprovar o funcionamento do sensor manipulando livremente a régua, para cima e para baixo e visualizando o efeito no registro temporal de posição da régua na interface computacional. Com o auxílio de uma régua ou de um paquímetro, realizar medições de posição da régua e registrar, em uma tabela, os valores obtidos pela interface computacional. A partir dos valores medidos e dos valores registrados na interface, calcular o valor médio para cada medição e o erro relativo parcial e total. 5 129 Distância (mm) Medição 1 (volts) Medição 1 (mm) Medição 2 (volts) Medição 2 (mm) Medição 3 (volts) Medição 3 (mm) 30 35 40 45 50 Distância (mm) Valor Médio (volts) Valor Médio (mm) Erro Relativo 30 35 40 45 50 Erro relativo médio Com base no erro relativo, escrever o valor médio de cada uma das leituras com a respectiva incerteza de medição 6 130 Atividade 2: Análise do fenômeno da deformação elástica da lâmina. Habilidades e Competências trabalhadas: Rever ou avaliar movimentos em quedas, sistemas planetários ou objetos sob a ação de molas, tendo como pressuposto a conservação da energia mecânica. Representar e/ou obter informações de tabelas, esquemas e gráficos de valores de grandezas que caracterizam movimentos ou causas de suas variações; converter tabelas em gráficos e vice-versa; estimar e analisar variações com base nos dados. Objetivos: Conhecer a força elástica Determinar a constante elástica em função do deslocamento da extremidade da lâmina Conhecer o gráfico da força em função do deslocamento e interpretar o significado da área do gráfico sob a função Introdução: Uma mola é um dispositivo elástico e flexível que armazena energia em sua forma potencial. Em geral, são confeccionadas em arame de aço temperado e apresentam forma helicoidal, mas, dependendo da finalidade, podem ser confeccionados em borracha, plástico ou outros materiais e podem apresentar uma grande gama de formas, como lâminas, cilindros, etc. Ao estudar as deformações de molas a partir da aplicação de forças, Robert Hooke (1635-1703) verificou que a deformação da mola aumenta proporcionalmente à força. A partir desta constatação estabeleceu-se a chamada Lei de Hooke: F = −K ∙ x Onde: F: intensidade da força aplicada (N); k: constante elástica (N/m) e x: deformação da mola (m). O sinal negativo na equação indica que a força exercida pela mola tem sempre o sentido oposto do deslocamento da sua extremidade livre. A constante elástica da mola depende de suas características físicas e geométricas. 7 131 Procedimento: Para determinar a constante elástica da lâmina, é necessário inserir massas na lâmina e medir o deslocamento ocorrido. Para realizar tal procedimento, é possível utilizar moedas de valores correntes como elementos de massa, colocando-as em uma posição definida da régua e realizar as medições de deslocamento com o uso da interface computacional, registrando os resultados em uma tabela. A partir dos valores de massa e deslocamento registrados, construa o gráfico força x deslocamento e determine a constante elástica. Para que você obtenha outros valores da constante elástica, altere a posição da massa na régua ou altere a própria régua. Diâmetro: 22 mm Massa: 4,10 g Diâmetro: 23 mm Massa: 7,81 g Diâmetro: 20 mm Massa: 4,80 g Diâmetro: 27 mm Massa: 7,00 Diâmetro: 25 mm Massa: 7,55 g Tolerância da massa: ± 2% Número de Moedas Massa Total (g) Medições de posição Media (mm) Desloca mento (mm) 1 (mm) 2 (mm) 3 (mm) 0 ----- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 132 Número de Moedas Massa Total (kg) Força Peso (N) Deslocamento (m) k (N/m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Determinação da constante elástica pelo gráfico: 1 – Método do coeficiente angular: 2 – Método da área sob a reta: 9 133 Atividade 3: Análise do movimento oscilatório Habilidades e Competências trabalhadas: Conceber e realizar arranjos experimentais em que se possa avaliar ou verificar a antecipação de movimentos, como a oscilação de pêndulos, ou de deformações, como na colisão de objetos elásticos. Determinar experimentalmente relações entre variáveis como o valor da aceleração da gravidade, a altura e o tempo numa queda livre, ou no percurso de uma esfera em canaleta inclinada, ou entre comprimento de pêndulos e sua frequência de oscilação. Compreender as propriedades das ondas e como elas explicam fenômenos presentes em nosso cotidiano. Compreender a importância dos fenômenos ondulatórios na vida moderna sobre vários aspectos, entre eles sua importância para a exploração espacial e na comunicação. Objetivos: Conhecer as características de uma onda Determinar a amplitude, frequência e período de uma onda Conhecer o gráfico de representação de uma onda Introdução: O MHS (Movimento Harmônico Simples) é um movimento que ocorre de modo periódico ou cíclico. O MHS também pode ser descrito como o movimento de oscilação mais elementar, e pode ser observado em qualquer sistema em equilíbrio estável que subitamente tem essa