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Experimentos de Mecânica com o Gravador do PC Carlos Eduardo Aguiar Instituto de Física Universidade Federal do Rio de Janeiro.

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Apresentação em tema: "Experimentos de Mecânica com o Gravador do PC Carlos Eduardo Aguiar Instituto de Física Universidade Federal do Rio de Janeiro."— Transcrição da apresentação:

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 Gravação e análise de sons no PC Três experimentos de mecânica Velocidade de uma bola de futebol Queda livre Coeficiente de restituição Conclusões Resumo

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 AudacityGoldwave (também podem ser usados para gravar)

6 Experimento 1 Com que velocidade você chutou a bola? D

7 Com que velocidade você chutou a bola? chutebatida na parede T Elisa (14 anos) T = 0,214 s D = 2,5 m V = D / T = 12 m/s = 42 km/h velocidade da bola

8 Aquisição de dadosAnálise dos dados Num CIEP carioca NomeDistância (m)Tempo (s)Velocidade (m/s)Velocidade (km/h) Kátia30,13821,778 Jusinéia40,30113,348 Carlos30,22913,147 Josué30,3189,434 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. Sutton, Demonstration Experiments in Physics (exp. M84).

12 Escutando a queda livre t1t1 t2t2 t3t3

13 Velocidade média vs. tempo médio

14 Escutando a queda livre g = 10 m/s 2

15 Escutando a queda livre

16

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 T n = tempo de vôo após o n-ésimo quique V n = velocidade logo após o n-ésimo quique T1T1 T2T2 T3T3

22 Ouvindo o coeficiente de restituição = 0,9544 superbola em granito V impacto (4,9 m/s 2 ) T vôo

23 Ouvindo o coeficiente de restituição bola de pingpong em cerâmica Ikhsan Setiawan (Indonésia)

24 Ouvindo o coeficiente de restituição = 0,921 + (0.072 s -1 ) T superbola em madeira

25 Ouvindo a aceleração gravitacional h V = 0 V = V 0 no primeiro impacto: nos impactos seguintes: para o tempo de vôo: onde

26 Ouvindo a aceleração gravitacional log T n vs. n linha reta: coef. angular coef. linear T 0 T 0 = 0,804 0,001 s h = 79,4 0,1 cm

27 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: "E é assim, senhoras e senhores, que uma bola quica."

28 Comentários Medida simples do coeficiente de restituição, inclusive da dependência na velocidade. Medida bastante precisa (~1%) da aceleração gravitacional.

29 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 Conclusões


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