Carregar apresentação
A apresentação está carregando. Por favor, espere
1
Experimentos de Mecânica com o Gravador do PC
Carlos Eduardo Aguiar Instituto de Física Universidade Federal do Rio de Janeiro
2
Colaboradores Euclydes Barbosa (IF - UFRJ) Francisco Laudares (Coppe - UFRJ)
3
Resumo Gravação e análise de sons no PC Três experimentos de mecânica
Velocidade de uma bola de futebol Queda livre Coeficiente de restituição Conclusões
4
Gravação de som no PC / Windows
Mixer: determina as entradas do sinal de áudio (microfone, line-in, ...) Propriedades da digitalização: formato (tipo de compressão), taxa de amostragem, resolução, canais (mono/estéreo) Gravador: digitaliza e salva em arquivo o sinal de áudio.
5
Análise dos arquivos de áudio
Audacity Goldwave (também podem ser usados para gravar)
6
Experimento 1 Com que velocidade você chutou a bola?
7
Com que velocidade você chutou a bola?
chute batida na parede T Elisa (14 anos) T = 0,214 s D = 2,5 m velocidade da bola V = D / T = 12 m/s = 42 km/h
8
Num CIEP carioca Aquisição de dados Análise dos dados alguns
Nome Distância (m) Tempo (s) Velocidade (m/s) Velocidade (km/h) Kátia 3 0,138 21,7 78 Jusinéia 4 0,301 13,3 48 Carlos 0,229 13,1 47 Josué 0,318 9,4 34 alguns resultados
9
Comentários Formalização do conceito de velocidade num contexto atraente aos alunos. Efeitos da técnica de chute, da idade, etc. Medida impossível com cronômetro.
10
Experimento 2 Escutando a queda livre
11
Atualização de um experimento clássico descrito no livro de R. M
Atualização de um experimento clássico descrito no livro de R.M. Sutton, Demonstration Experiments in Physics (exp. M84).
12
Escutando a queda livre
13
Velocidade média vs. tempo médio
14
Escutando a queda livre
g = 10 m/s2
15
Escutando a queda livre
16
Escutando a queda livre
17
Comentários Verificação experimental de que a queda livre ocorre com aceleração constante. Medida não muito precisa (~10%) da aceleração gravitacional, mas conceitualmente simples.
18
Experimento 3 Ouvindo o coeficiente de restituição
Berenice Abbott & PSSC v v’ coefic. de restituição
19
Altura após o quique da bola
20
Ouvindo o coeficiente de restituição
21
Ouvindo o coeficiente de restituição
Tn = tempo de vôo após o n-ésimo quique Vn = velocidade logo após o n-ésimo quique
22
Ouvindo o coeficiente de restituição
superbola em granito = 0,9544 Vimpacto (4,9 m/s2) Tvôo
23
Ouvindo o coeficiente de restituição
bola de pingpong em cerâmica Ikhsan Setiawan (Indonésia)
24
Ouvindo o coeficiente de restituição
superbola em madeira = 0,921 + (0.072 s-1) T
25
Ouvindo a aceleração gravitacional
no primeiro impacto: h V = 0 V = V0 nos impactos seguintes: para o tempo de vôo: onde
26
Ouvindo a aceleração gravitacional
T0 = 0,804 0,001 s h = 79,4 0,1 cm log Tn vs. n linha reta: coef. angular coef. linear T0
27
"E é assim, senhoras e senhores,
que uma bola quica." A.D. Bernstein, Am. J. Phys. 45, 41 (1977). P.A. Smith, C.D. Spencer, and D.E. Jones, Am. J. Phys. 49, 136 (1981). I. Stensgaard and E. Laegsgaard, Am. J. Phys. 69, 301 (2001). M.A. Cavalcante, E. Silva, R. Prado, R. Haag, Rev. Bras. de Ensino de Física 24, 150 (2002). C.E. Aguiar and F. Laudares, Am. J. Phys. 71, 499 (2003). S.K. Foong, D. Kiang, P. Lee, R.H. March and B.E. Patton, Phys. Educ. 39, 40 (2004). Referências:
28
Comentários Medida simples do coeficiente de restituição, inclusive da dependência na velocidade. Medida bastante precisa (~1%) da aceleração gravitacional.
29
Conclusões O gravador do PC pode ser usado em experimentos de mecânica, como cronômetro capaz de medir frações de milisegundo. Grande facilidade na montagem, execução e análise de experimentos que seriam impraticáveis com cronômetros manuais. Custo zero, se o computador já existe. Introdução à aquisição digital de dados: O microfone como transdutor. A placa de som como conversor analógico-digital. Há muito mais a ser feito: resistência de materiais; “Elasticidade, plasticidade, histerese ... e ondas”, L.A. Mützenberg, E.A.Veit, F.L. Silveira, Rev. Bras. Ens. Fis. 26 (2004) 307
Apresentações semelhantes
