RelatórioFinal

EFEITO ESTROBOSCÓPICO

THATIANE CELIA MIYAHIRA

RA02257 

EFEITO ESTROBOSCÓPICO

MOTIVAÇÃO

Durante o Ensino Médio as matérias tradicionais de Mecânica são vistas. Sendo elas divididas em dois grandes grupos : a Cinemática e a Dinâmica. 

Mas   assuntos   diferenciados  como   o   Efeito   Estroboscópico   não   chegam   a   ser cogitados durante as aulas de Física.

Além disso,  esse assunto não é  visto durante o Ensino Superior  (Faculdade) por muitos cursos de exata da Universidade de Campinas (UNICAMP). Pois a matéria que tem esse tópico (F 229 – Física Experimental II – Laboratório de Física Básica) não entra em seus currículos.

A possibilidade de ensinar um pouco sobre esse Tópico para os alunos de Ensino Médio ocorrerá em uma visita de uma escola particular ou pública nesse Mês de Maio e será contata em grandes detalhes no Relatório Final da Matéria.

INTRODUÇÃO

Joseph Plateau da Bélgica é geralmente creditado com a invenção do estroboscópio em 1832, quando usou um disco com fendas radiais, o qual ele girou enquanto via imagens em uma roda giratória separada. Plateau chamou seu aparelho de “Phenakistoscope”. Existia uma  invenção  simultânea  e   independente  do   aparelho  criada pelo   austríaco  Simon von Stampfer, o qual ele chamou de estroboscópio, o modo que é chamado até hoje. A palavra vem do grego e estrobo significa “girando” e escópio significa “olhar para”.

Além de ter uma aplicação importante em pesquisas científicas, as invenções mais recentes  tiveram um sucesso popular   imediato como método de produzir  filmes,  e  esse princípio foi usado em vários brinquedos.

Outros pioneiros usaram espelhos vibrantes ou giratórios. O estroboscópio eletrônico foi inventado em 1931, quando Harold Eugene Edgerton usou uma lâmpada piscante para estudar partes de máquinas em movimento. 

Edgerton mais tarde usou flashes muito curtos como meio de produzir fotografias estacionárias de objetos que se movem muito rápido, tal como uma bala em movimento.

TEORIA

O Estroboscópio é  um instrumento usado para fazer um objeto em movimento cíclico parecer que está se movimentando mais devagar ou que está parado. O princípio é usado para estudar rotações, oscilações e vibrações de objetos. Peças de máquinas e cordas vibrantes são exemplos comuns. 

Na sua forma mais simples, a rotação de um disco com buracos de espaçamentos iguais está colocado na linha da vista  entre o observador e o objeto que está se movendo. A velocidade de rotação do disco é ajustada para que se torne sincronizada com o movimento do sistema observado. O qual parece reduzir a velocidade e parar. A ilusão é causada pelo efeito estroboscópico.

Em versões eletrônicas, o disco perfurado é trocado por uma lâmpada capaz de emitir breves e rápidos flashes de luz. A freqüência dos flashes é ajustada para que seja uma fração unitária da velocidade cíclica do objeto, nesse ponto o objeto parece estar parado.

DESCRIÇÃO DESSE EXPERIMENTO

Material usado:

• Recipiente quadrangular de 30 x 50 cm que será usado por nós como uma cuba para lançador de água. Conforme ilustra a figura 1.

• Recipiente do sistema de controle de água usado por dentista. Conforme ilustra a figura 2.

• Sistema de controle de água usado por Dentista  (será usado por nós como jatinho de água). Conforme ilustra a figura 3. 

• Um ventilador de potência de 45 W e freqüência igual a 60 Hz.. Conforme ilustra a figura 4.

• DIMMER   –Regulador  de   Tensão   –   que   será   usado   por   nós   para   variação  da velocidade. Como mostra a figura 5.

                                        

Fig 1 – Cuba para o lançador                                              Fig 2 – Recipiente que receberá a água jorrada

                                

Fig 3 – Sistema de água usado por dentistas                   Fig 4 – O ventilador

                          

Fig 5 – DIMMER

O FUNCIONAMENTO DO EXPERIMENTO

Esse   experimento  consiste   em  visualizar  o   Efeito  estroboscópico  através  de   um ventilador.

O sistema de água usado por dentistas (Fig 3) jorrará água em forma parabólica até um recipiente (Fig 2). Quanto mais constante for o jato, melhor será a visualização do efeito .

Através  de um ventilador que poderá  girará   em diferentes  velocidades,  podendo alterar  pouco a   sua  velocidade graças  ao  DIMER  (Fig 5),  o   efeito  estroboscópico  será observado, pequenas gotas de água “paradas” no ar. 

Infelizmente não conseguimos muita visibilidade do efeito na figura 7, pois pelo fato da água ser transparente   é difícil de ser visualizada. Com um ventilador na frente piora a visualização, como mostra a figura 7.

 

Fig 6 – O experimento funcionando

Fig 7 – O experimento funcionado com visibilidade.

OUTRAS OPÇÕES

Embora   boa   parte   dos   materiais   para   se   fazer   o   efeito   estroboscópico   sejam encontrados facilmente, o aparelho que é usado por dentista, chega a ser caro e é difícil de ser encontrado.

Pensando uma maneira mais  barata e  simples para  fazermos esse experimento, o monitor da matéria, Fábio juntamente com o Daniel me aconselharam a usar uma garrafa de plástico com um pequeno furinho na parte inferior, como ilustra a fig 8.  Aqui diferente do experimento anterior (que tínhamos um lançador de água usado por dentistas), o efeito estroboscópico não é observado como pequenas gotas “paradas” no ar e sim como pequenos segmentos de água “paralisados” no ar.

Fig 8 : Jarro sendo jorrado pela garrafa plástica 

Fig 9: Trajetória parabólica da água

BIBLIOGRAFIA

http://geo25.ige.unicamp.br/ojs/index.php/cienciaeensino/article/viewFile/83/84

http://en.wikipedia.org/wiki/Stroboscope

http://etimologias.dechile.net/?estroboscopio

http://es.wikipedia.org/wiki/Estroboscopio

SOBRE AS AULAS TRABALHADAS EM CLASSE

O   professor   Lunazzi   apresentou  durante  as   aulas   vários   vídeos   e   experimentos produzidos em matérias em anos anteriores (Instrumentação para Ensino – F 809,  Tópicos de Ensino de Física – F 609).

Inicialmente, o professor Lunazzi estava trabalhando com duas classes juntas : F 609 e F 709. 

E depois, as turmas foram separadas, e somente, as turmas de F 709 teria presença obrigatória durante o curso.

Nestas aulas dirigidas para F 709 o professor mostrou o experimento que cada pessoa iria trabalhar. Cada um ficou encarregado de um experimento, no meu caso, o experimento foi o Efeito Estroboscópico.

Ele poderá ser apresentado em uma visita que uma escola fará ( vide a motivação do experimento ).

Um   dos   experimentos    mais   interessantes...   que   inclusive   ganhei   prêmio   de   melhor experimento em um determinado ano.

Anéis   de   Thompson   –   experimento   que   inclusive   recebeu   o   prêmio   de   melhor experimento.

Levitação de um anél metálico por um eletromagneto é uma demonstração fascinante,além de um experimento comum nos cursos de graduação em grandes universidades em todoo mundo.[1,2,3] O aparato utilizado é chamado anel de Thomson. Um anel condutor(normalmente cobre ou alumínio) é colocado sobre uma bobina com um núcleo de ferrite.Quando uma corrente AC passa através do solenóide o anél irá saltar e, se inicialmenteresfriado em nitrogênio líquido, o efeito é amplificado devido à diminuição da resistênciaelétrica, de tal forma que deve ­se tomar cuidado para que não atinja o teto.[3]O anél funciona como um transformador no qual a bobina secundária consiste emapenas uma volta de fio – de fato, um anel metálico. Quando a bobina primária é conectadaatravés de uma fonte AC, a corrente induzida no anel secundário é alta e um forte campomagnético é gerado em volta dele. Pela lei de Lenz, o campo magnético gerado no anelsecundário   se   opõe   àquele   produzido   pela   bobina   primária,   e   o   anel   é   repelido fortemente.[4,5]Com o objetivo de explorar os conceitos físicos envolvidos, podemos desde verificarque um anel com uma abertura não causará nenhum efeito de suspensão, utilizando­o comouma simples demonstração da indução magnética de Faraday, até medir os fatores quedeterminam a força num anel condutor imerso em um campo magnético alternado com autilização de computadores e sensores modernos.[5]

Os experimentos realizados com o aparato construído têm como objetivo não sópermitir ao estudante verificar o comportamento da força repulsiva no anel em função davoltagem aplicada ou da temperatura, mas também investigar o ponto mais interessante desseexperimento: descobrir o porquê o anel pula. Por que ele é repelido e não atraído? Ou por queele não é contraído ou expandido? Quais são os fatores que aumentam ou diminuem a força

repulsiva que age sobre ele?Ao tentar responder essas questões o aluno irá se deparar com uma minuciosaaplicação das leis de Faraday e Lenz que certamente o fará misturar conceitos de mecânica,eletromagnetismo e a utilização de fasores como meio de visualização da situação física.

BIBLIOGRAFIA:

http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/lista_projetosF809.htm#V

PREPARAÇÃO PARA A EXPOSIÇÃO DOS TRABALHOS

Com a ajuda de uma profissional ligada a área de comunicação (Vanessa Cristina Petrongari), os alunos que iriam apresentar os experimentos para os alunos de Ensino Médio, se preparam com dicas importantes.

Reunidos em um circulo, Vanessa, iniciou os seus contatos com os alunos através da apresentação de cada um dos participantes. Pediu para descrevermos quem éramos, de onde vínhamos, o curso, e mais o que cada participante estivesse intencionado a falar.

A partir   disso,   ela   percebeu que nenhum de nós   tínhamos  problemas graves de inibição. 

Depois, fizemos vários exercícios de relaxamento muscular, tanto de braços e pernas, quanto de pescoço e bochechas.

Aprendemos também uma respiração diferente, que nos permite ficar mais tempo sem respiração.  Que   funciona   da   seguinte   maneira,   ao   invés,   de   respirarmos  pelo   pulmão, deveríamos respirar e puxar o ar até os pulmões.

Outra   dica   importante,  na  minha opinião,   foi   relacionada  a   uma dieta   alimentar simples,  mas  importantes. As vezes, pequenos detalhes,  fazem muita  diferença em uma apresentação.

E finalmente, dica relacionadas ao tom de voz, também foram dadas.Todas   elas   reunidas   contribuíram   para   que   pudéssemos   melhorar   a   nossa 

apresentação.

DIA DA APRESENTAÇÃO

No dia da apresentação, nós nos reunimos com 2 horas de antecedência, afim de que pudéssemos montar todos os experimentos.

Antes da apresentação, o primeiro grupo da matéria de F 709, tirou uma foto com e sem o professor. Como ilustra as imagens  

Fig 10: Foto dos alunos de F 709 sem o professor

Figura 11: Foto dos alunos de F 709 com o professor

PRIMEIRA APRESENTAÇÃO

Na primeira apresentação, a escola convidada era uma escola estadual com alunos de primeiro, segundo e terceiro ano do Ensino Médio. Totalziando aproximadamente 60 alunos.

Inicialmente, o professor recebeu a turma juntamente com as professoras para uma apresentação inicial do projeto e como este seria executado.

Depois, nós dividimos o grupo em 3 grupos :

• PRIMEIRO 

• Termodinâmica (que ficou sob a responsabilidade do Tiago)• Efeito Estroboscópico (que ficou sob a minha responsabilidade)• Óptica (que ficou a cargo do Fábio)

• SEGUNDO – Mecânica :

• Plano Inclinado e Atrito – Apresentado pelo Alexandre.• Inércia – Que foi apresentado  pelo Cristian• Queda livre – Que foi apresentado pelo Clériston• Pêndulos compostos – Ficaram com o José Eduardo

• TERCEIRO – ELETRO

• Eletrostática ­ Marina• Lei de OHM ­ Dado• Campo magnético gerado por corrente ­ Ramon

As perguntas que surgiram sobre o experimento do Efeito Estroboscópico:

Aluno A – Efeito o quê?Minha resposta – Efeito Estroboscópico

Aluno B – Como posso ver esse efeito?Minha resposta – Esse experimento mostra justamente esse efeito.

Aluno B – E eu posso mexer?Minha resposta – Claro.

Alguns alunos, começaram a se interessar pelo experimento.

Enquanto um outro, aqui chamarei os alunos de A, B, C, D, etc, para não expor os alunos e porque não consegui decorar todos os nomes.Aluno B – esse efeito pode ser visto só aqui?Minha  resposta –  Também pode ser  visto em uma danceteria. Quando  seus amigos pareçam que estão se mexendo mais devagar ou mesmo estão parados.

Aluno C – Ah! Isso eu já vi. Mas não sabia que era um efeito e tinha esse nome.

Aluno D – Como é que chama mesmo o efeito?Minha resposta – Efeito estroboscópico.

Depois da primeira exposição para os alunos do Ensino Médio, recebemos a tarefa de analisar o que poderia ser melhorado, tirado ou acrescentado.

Sugeri ao professor e ao Daniel, a possibilidade de eu apresentar também a parte de óptica que na primeira apresentação tinha ficado com o Fábio. Pois assim ele ficaria livre para tirar as fotos que receberíamos para colocar no relatório.

SEGUNDA APRESENTAÇÃO

Essa apresentação foi muito melhor do que a primeira, na minha opinião.  Foi muito empolgante ver a vontade de aprender estampadas na face dos alunos.

Do mesmo modo que fizemos com a primeira turma, essa também foi recebida e o contato inicial ficou com o professor Lunazzi que apresentou o projeto e uma parte de óptica. Bem como o Clériston que mostrou um pouquinho do efeito Estroboscópico.

Dividimos também a turma, que prestava muita atenção nas explicações que eram dadas; provavelmente, por terem mais maturidade.

A parte que eu expliquei foi a parte dos espelhos planos. Os alunos se divertiram bastante e comentários interessantes foram feitos. Abaixo 

mostraremos alguns desses: 

Aluno E ­ Nossa... esse espelho não muda nada.  

Aluno F ­ E diferente daquele que foi apresentado na sala de aula. 

Minha resposta ­ é... esse espelho é plano, diferente daquele mostrado na sala, este espelho não muda a imagem do objeto. 

SUGESTÕES PARA OUTRA APRESENTAÇÃO COM ESPECTROSCOPIA

Para a substituição do aparelho que usamos (fig 6), outras sugestões foram dada pelo professor. Uma delas envolveria uma mangueira que poderíamos fazer um furinho, ou mesmo, um canudinho.