Descrição temporal de forças de colisão: um modelo didático para laboratório de física assistido por sistema embarcado

Abstract

Resumo Nesse trabalho é modelado um experimento para laboratório de física para descrever temporalmente a força de colisão em uma bola. O modelo emprega um sensor piezoelétrico, um singelo circuito programável (Arduino) ligado a um computador e um suporte para a liberação da bola em queda livre. Um programa em linguagem C foi confeccionado para ler o sinal do sensor e calcular a intensidade da força, bem como para calibrar o sistema. O algoritmo do processamento, empregando as leis da física, é apresentado, assim como o código-fonte. Após a colisão o sistema fornece uma tabela força x tempo com resolução de 120 μs, permitindo o aluno elaborar o gráfico da força ou fazer análise numérica, comprovando as leis da conservação do momento e da energia. Testes de desempenho são discutidos, mostrando que o modelo fornece uma exatidão muito boa, validando assim o método de calibragem. De baixo custo e montagem simples esse sistema embarcado, ou seja, controlado por programa, permite uma exploração minuciosa da força durante a colisão. Pode também ser estendido a outros fenômenos da física, bastando trocar o sensor e ajustar o programa.