Sistema photogate de seis canais analógicos para laboratórios didáticos de física

Abstract

Recebido em 22 de Maio de 2017. Aceito em 7 de Julho de 2017Descrevemos e disponibilizamos um sistema de chavesóticas (photogates) completo (hardware + software) para uso em laboratórios didáticos de física. Conjugamos diferentes abordagens propostas na literatura em um conjunto que oferece boa resolução temporal (≈ 1 ms), alto número de chavesóticas independentes (até seis canais), alta sensibilidade (conversão analógica-digital de até 10 bits), baixo custo (hardware e software livres ou de uso gratuito) e simplicidade de montagem. O sistema foi testado em três experimentos clássicos de ensino de física: (i) plano inclinado, (ii) viscosímetro e (iii) pêndulo simples. Acreditamos que as ferramentas aqui descritas ajudem a contribuir na estruturação e autonomia de laboratórios de ensino ao propiciar o desenvolvimento de projetos robustos com qualidade e versatilidade iguais ou superioresàs opções comerciais. Palavras-chave: portasóticas, arduino, ferramentas digitais, laboratórios didáticos.The development and deployment of a complete photogate system (hardware + software) to be used in physics learning laboratories is described. Different approaches found in the literature are conjugated in a configuration that offers good time resolution (≈ 1 ms), high number of independent optical gates (up to six channels), high sensibility (digital-analog conversion up to 10 bits), low cost (open or free hardware and software) and easy assembly. The system was probed for three classic physics learning experiments: (i) inclined plane, (ii) viscosimeter and (iii) simple pendulum. We believe that the described tools can help to improve the learning physics laboratories autonomy and infrastructure, engaging stronger project designs with quality and versatility as good as the commercial options. Keywords: photogates, arduino, digital tools, learning laboratories. IntroduçãoO desenvolvimento de atividades experimentaisé parte central das disciplinas pertencentesàs ciências naturais [1]. Entretanto, a estruturação e manutenção de um laboratório didático com condições mínimas para o desenvolvimento de experimentos com boa qualidade pode encontrar barreiras nos recursos humanos e financeiros. Do ponto de vista financeiro, não são muitas as opções no mercado nacional de equipamentos didáticos para o ensino de física, o que contribui para o seu encarecimento e baixa diversidade de opções e configurações. Ao mesmo tempo, vem se tornando cada vez mais acessível o desenvolvimento de instrumentação de qualidade, que pode ser voltada ou adaptada para o ensino de ciências, através dos projetos livres e cooperativos voltadosà filosofia do it yourself [2]. Um número cada vez maior de plataformas de divulgação e distribuição de projetos encontra-se disponível pela internet. Enquanto a maior parte dessas iniciativasé voltada ao público leigo ou hobista e carece de uma fundamentação técnica ou científica mais sólida, existem propostas mais sofisticadas com aplicações relevantes em ciência e tecnologia [3]. * Endereço de correspondência: jocoteles...

Cultura livre na educação: uma revisão da literatura sobre o uso de Tecnologias Livres, Ciência Aberta e Recursos Educacionais Abertos no ensino de Física e Engenharia

“…Os outros conceitos abordados nos textos do Quadro 1 estão associados às Tecnologias Livres, exclusivamente de hardware e software. Em relação às definições dos conceitos, ainda que apresentem discussões aprofundadas sobre suas implicações, quatro não definem os termos (BARNETO; MARTÍN, 2006;CARVALHO NETO;APOLINÁRIO;SOARES, 2018;DELOROSO et al, 2019;MOREIRA et al, 2018), três os apresentam de forma sucinta (ANDRADE, 2004;BEZERRA JR. et al, 2009;VITOI et al, 2014) e dois, já mencionados, incluem os termos na noção de REA (BOHRER SILVA et al, 2015;SOUZA et al, 2019). Os demais textos definem os conceitos a partir das quatro liberdades fundamenteis do Software Livre, sendo que quatro (AGOSTINHO et al, 2006;PINTO et al, 2012PINTO et al, , 2011QUEIROZ et al, 2010) Em relação à formação crítica, por exemplo, Bezerra et al (2009) propõem que o uso de Tecnologias Livres expande a participação dos engenheiros na sociedade.…”

Experimento de baixo custo para medição da dissipação da energia em um pêndulo

“…Segundo Bunge [22], "um modelo teóricoé um sistema hipotético-dedutivo que concerne a um objetomodelo, queé, por sua vez, uma representação conceitual esquemática de uma coisa ou de uma situação real ou suposta como tal." (BUNGE, 2017, página 16). No caso do pêndulo simples, o sistema hipotético-dedutivo ou teoria geral aqui empregadaé a Mecânica Clássica newtoniana.…”

“…Trabalhos para estudo de osciladores utilizando Arduíno também são encontrados, destacamos o de Hinrichsen [13] que acopla um acelerômetro em um sistema massa-mola e Silva et al [14] que o acopla a um pêndulo físico, para determinação da aceleração dos sistemas, e Rinaldi e Fauzi [15] que utilizam um sensor ultrassônico para determinação das amplitudes de oscilação em um sistema massa-mola amortecido. Em particular, temos o trabalho de Carvalho Neto et al [16] que aplica sensores de luz infravermelha na construção de um sistema photogate, semelhante aos trabalhos com porta de jogos acima citados. Uma vantagem na estimativa da velocidade instantânea por nosso sistema, comparando com os outros similares citados acima,é a independência que temos com relaçãò as dimensões do corpo.…”

Animações de conceitos da teoria de erros usando Manim/Python

“…Já bibliotecas que permitem realizar cálculos numéricos (numpy) e fazer gráficos (matplotlib) foram usadas para modelar circuitos eletrônicos [17]. A integração do Python com computadores e sensores facilitou atividades de Física experimental como, por exemplo, a medição da aceleração da gravidade [18], a análise de vibrações [19] e a criação de interfaces gráficas e manipulação de dados de experimentos envolvendo o plano inclinado, viscosímetro e o pêndulo simples [20], enquanto a biblioteca uncertainties foi usada para calcular as incertezas experimentais da tensão e corrente elétrica, empregandose a Lei de Ohm [21]. A biblioteca Manim vem sendo usada para criar conteúdos visualmente atrativos como, por exemplo, a demonstração geométrica do teorema de Pitágoras [22], a explicação de séries de Fourier [23], e muitas outras [24,25].…”