Experimentos de Mec

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Experimentos de Mecânicacom o Gravador do PC

• Carlos Eduardo Aguiar
• Instituto de Física
• Universidade Federal do Rio de Janeiro

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• Colaboradores
• Euclydes Barbosa (IF - UFRJ)
• Francisco Laudares (Coppe - UFRJ)

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Resumo

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

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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.
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Análise dos arquivos de áudio
Audacity
Goldwave
(também podem ser usados para gravar)
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Experimento 1Com que velocidade você chutou a
bola?
7
Com que velocidade você chutou a bola?

• Elisa (14 anos)
• T 0,214 s
• D 2,5 m

velocidade da bola
V D / T 12 m/s 42 km/h
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Num CIEP carioca
Aquisição de dados
Análise dos dados
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 3 0,229 13,1 47
Josué 3 0,318 9,4 34
alguns resultados
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• Comentários
• Formalização do conceito de velocidade num
  contexto atraente aos alunos.
• Efeitos da técnica de chute, da idade, etc.
• Medida impossível com cronômetro.

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Experimento 2Escutando a queda livre
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Atualização de um experimento clássico descrito
no livro de R.M. Sutton, Demonstration
Experiments in Physics (exp. M84).
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Escutando a queda livre
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Velocidade média vs. tempo médio
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Escutando a queda livre
g 10 m/s2
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Escutando a queda livre
16
Escutando a queda livre
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• Comentários
• Verificação experimental de que a queda livre
  ocorre com aceleração constante.
• Medida não muito precisa (10) da aceleração
  gravitacional, mas conceitualmente simples.

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Experimento 3Ouvindo o coeficiente de restituição
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Altura após o quique da bola
http//www.exploratorium.edu/baseball/bouncing_bal
ls.html
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Ouvindo o coeficiente de restituição
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Ouvindo o coeficiente de restituição
Tn tempo de vôo após o n-ésimo
quiqueVn velocidade logo após o
n-ésimo quique
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Ouvindo o coeficiente de restituição
superbolaem granito
? 0,9544
Vimpacto ? (4,9 m/s2) Tvôo
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Ouvindo o coeficiente de restituição
bola de pingpongem cerâmica
Ikhsan Setiawan (Indonésia)
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Ouvindo o coeficiente de restituição
superbolaem madeira
? 0,921 (0.072 s-1) T
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Ouvindo a aceleração gravitacional
no primeiro impacto
nos impactos seguintes
para o tempo de vôo
onde
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Ouvindo a aceleração gravitacional

• log Tn vs. n ? linha reta
• coef. angular ? ?
• coef. linear ? T0

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(No Transcript)
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• Comentários
• Medida simples do coeficiente de restituição,
  inclusive da dependência na velocidade.
• Medida bastante precisa (1) da aceleração
  gravitacional.

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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