Desenvolvimento de um aparato experimental de baixo custo para o estudo de objetos em queda: análise do movimento de magnetos em tubos verticalmente orientados

Abstract

O movimento descrito por magnetos em queda dentro de tubos é um fenônemo com grande potencial didático para explorar leis físicas importantes como a da queda dos corpos exposta por Galileu e a da indução atribuída à Faraday e Lenz. Enquanto o magneto descreve um movimento acelerado em tubos não-metálicos, se os tubos são paramagnéticos ou diamagnéticos o movimento é apenas inicialmente acelerado, porém rapidamente torna-se uniforme devido à ação de uma força resistiva. Neste trabalho propomos um aparato experimental de baixo custo para estudar estes comportamentos de modo quantitativo e, não apenas qualitativamente, como é feito em muitos laboratórios didáticos de física. O aparato dispõe de um sensor ultrassônico, acoplado ao microcontrolador Arduino, que possibilita acompanhar o deslocamento do magneto em intervalos curtos de tempo e, com estes valores, obter sua velocidade e/ou aceleração. Para testar a eficácia do aparato analisamos a queda de um imã dentro de tubos metálicos e não-metálicos e os resultados obtidos mostraram boa concordância com os previstos teoricamente. Além disso, ao compararmos duas abordagens teóricas distintas para a determinação da velocidade terminal do imã em tubos metálicos, verificamos que uma delas resulta em um valor duas vezes maior e, portanto, um fator multiplicativo deve ser inserido para que os resultados tornem-se coerentes.

Contribuições do Arduíno no Ensino de Física: uma revisão sistemática de publicações na área do ensino

“…À vista disso, os autores mostraram que o Arduino é uma ferramenta interessante para aquisição de dados e automatização de experimentos de Física. Szmoski et al (2018) propuseram um aparato experimental de baixo custo para estudar magnetos em queda dentro de tubos metálicos e não-metálicos. Com esse experimento é possível explorar assuntos importantes, como a queda dos corpos e indução eletromagnética.…”

Construção de um kit experimental com arduino para ensino de oscilações em tempo real

“…Ela é amplamente utilizado em diversas áreas quando há a necessidade da elaboração de um dispositivo eletrônico; a exemplo, para o desenvolvimento de um sensor barato para monitoramento de líquidos [4], e a construção de um audiotermômetro para inclusão de estudantes cegos [5]. Também encontra-se na literatura trabalhos na área de física e ensino de física, tendo como exemplo a construção de um dispositivo barato para análise do movimento de magnetos em tubos verticalmente orientados [6], onde se estudou a queda retardada do imã no tubo condutor com o sensor ultrassônico HC-SR04, e um dispositivo para construção de gráficos de movimento em tempo real [7], onde se utilizou o arduino em conjunto com um sensor ultrassônico HC-SR04 e o software PLX-DAQ, que agrupa os dados recebidos numa planilha do Microsoft Excel para que depois possam ser plotados. No estudo de oscilações, mais uma vez, também é possível encontrar a aplicação do arduino, como a construção de instrumentação para análise de vibração no espaço da posição e das frequências estudando-se a oscilação de uma haste metálica com acelerômetro e giroscópio acoplados a ela [8].…”

O arrasto magnético e as correntes de Foucault: um experimento de baixo custo com vídeo-análise

“…É importante mencionar que nossa proposta está alinhada às tendências contemporâneas para o ensino de física no Brasil. Por exemplo, a utilização de aparatos experimentais de baixo custo tem se mostrado uma excelente opção para a execução de atividades experimentais mesmo quando os recursos para montagem de um laboratório especializado são escassos [16][17][18][19]. Ademais, a utilização de vídeo-análise e processamento de dados auxiliada pelo computador como ferramenta para aquisição, análise e tratamento de dados experimentais para fins didáticos tem se tornado cada vez mais comum nos últimos anos, o que, em parte, é devido à popularização dos smartphones e de aplicativos livres que podem ser utilizados para este fim [20][21][22][23][24].…”