Utilizando o Tracker para Entender Lançamento Horizontal e Queda Livre

O QUE É O TRACKER?

      O Tracker é uma ferramenta de análise e modelagem de vídeo gratuita construída no framework Java Open Source Physics (OSP). O software é projetado para ser usado no ensino de física.

    Nesta postagem será apresentado o Tracker, que dentre suas potencialidades destacam-se a confecção rápida de gráficos a partir de dados obtidos em vídeos e o ajuste de curvas para os fenômenos físicos em estudo.

SITE DISPONÍVEL PARA DOWNLOAD DO TRACKER: https://physlets.org/tracker/

OBS.: Entre no link da página e baixe o programa, que é GRATUITO e está disponível nas plataformas: Windows, Mac OS X, Linux 32-bit e Linux 64-bit.

TRACKER NA ANÁLISE DO MOVIMENTO HORIZONTAL E QUEDA LIVRE

Para o lançamento utilizamos gradação de 100cm de altura para lançarmos a massa (tampinha de garrafa PET).

Observamos, após análise com o software Tracker, que o valor da aceleração da gravidade no lançamento horizontal foi de aproximadamente 7,78 cm/s^2 que é um valor distante do esperado. Associamos este erro primeiramente a localização do ponto de massa, que devido a falta de definição da imagem, houve variações das distâncias percorridas em relação aos pontos de referências, como podemos notar nas imagens 8 e 9. Outro ponto analisado foi a oscilação da câmera durante a gravação. Neste momento temos o movimento relativo que influencia diretamente nos dados analisados.

            No experimento da queda livre percebemos uma aproximação do resultado esperado, com o valor da aceleração da gravidade de aproximadamente 9,54 cm/s^2 como visto na imagem 5. Apesar de observarmos os mesmos erros da análise anterior, nos atentamos mais a questão da localização dos pontos de análise, que foram feitas de forma meticulosa, levando em consideração a distorção da imagem do corpo e projetando o ponto de análise em seu centro.

Para uma próxima aplicação aplicação do experimento devemos determinar um padrão de precisão melhor, utilizar uma câmera que possua mais frames ou slowmotion e ainda fixar a câmera para que não haja movimento relativo em relação ao fenômeno.

Com isso concluímos que a ferramenta fornece dados relevantes de análise mesmo com a coleta de dados feita de forma grosseira e que devemos minimizar as alterações observadas para enfim chegarmos a dados mais próximos possíveis dos fenômenos observados.

Segue no link as FOTOS DA ANÁLISE COM O TRACKER...

Lembrando que existem muitos outros trabalhos na internet envolvendo o Tracker, inclusive uma de nossas antigas postagens onde o utilizamos para o ensino de física moderna.

E no momento estamos desenvolvendo mais um projeto envolvendo Tracker, Scratch e o ensino de forças intermoleculares, AGUARDE NOSSAS PRÓXIMAS POSTAGENS! 

Projeto Final: Material Paradidático Para o Ensino de Física Moderna

BoardMakerPlus: Aprendendo sobre Efeito Fotoelétrico e a Constante de Plank a partir de um kit construído com materiais reutilizáveis

MANUAL DE INSTRUÇÕES DO KIT:

Para ter acesso ao manual do nosso produto clique em Manual BoardMakerPlus.

BoardMakerPlus EM AÇÃO!

ENXERGANDO SOB A PERSPECTIVA DO ESPECTROSCÓPIO

Para mais informações contate-nos nos emails:

• jhessy.jmoura@gmail.com - Mestranda Jéssica Moura

• kamurylira@gmail.com - Mestrando Yakamury de Lira

O que existe de tecnologia no estudo de ondas?

Física Moderna e Tecnologia: Estruturação do Conceito de Ondas 

Ondas... 

Uma onda é um movimento causado por uma perturbação, e esta se propaga através de um meio físico ou vácuo no caso de uma onda eletromagnética. Um exemplo de onda é tido quando joga-se uma pedra em um lago de águas calmas, onde o impacto causará uma perturbação na água, fazendo com que ondas circulares se propagem pela superfície da água.

Também existem ondas que não podemos observar a olho nu, como, por exemplo, ondas de rádio, ondas de televisão, ondas ultra-violeta e microondas. Além destas, existem alguns tipos de ondas que conhecemos bem, mas que não identificamos normalmente, como a luz e o som. 

Mas o que elas têm em comum é que todas são energias propagadas através de um meio, e este meio não acompanha a propagação. 

Conforme sua natureza as ondas são classificadas em: 

• Ondas Mecânicas: são ondas que necessitam de um meio material para se propagar, ou seja, sua propagação envolve o transporte de energia cinética e potencial e depende da elasticidade do meio. Por isto não é capaz de propagar-se no vácuo. Alguns exemplos são os que acontecem em molas e cordas, sons e em superfícies de líquidos. 

• Ondas Eletromagnéticas: são ondas geradas por cargas elétricas oscilantes e sua propagação não depende do meio em que se encontram, podendo propagar-se no vácuo e em determinados meios materiais. Alguns exemplos são as ondas de rádio, de radar, os raios X e as microondas. 

Todas as ondas eletromagnéticas tem em comum a sua velocidade de propagação no vácuo, próxima a 300000km/s, que é equivalente a 1080000000km/h. 

Quanto à direção de propagação as ondas são classificadas como: 

• Unidimensionais: que se propagam em apenas uma direção, como as ondas em cordas e molas esticadas; 

• Bidimensionais: são aquelas que se propagam por uma superfície, como as água em um lago quando se joga uma pedra; 

• Tridimensionais: são capazes de se propagar em todas as dimensões, como a luz e o som. 

Quanto à direção da vibração as ondas podem ser classificadas como: 

• Transversais: são as que são causadas por vibrações perpendiculares à propagação da onda, como, por exemplo, em uma corda:

• Longitudinais: são ondas causadas por vibrações com mesma direção da propagação, como as ondas sonoras. 

Aqui discutiremos melhor os conceitos que envolvem uma onda unidimensional e as componentes que constituem o conceito de onda, como comprimento de onda, amplitude, velocidade de propagação, frequência e equação de onda.

Equação de D'Alembert

Aqueles que tiverem interesse em conhecer a equação das ondas solucionada segundo d'Alembert, sugerimos a leitura desse artigo intitulado: Equação das ondas – Solução de d’Alembert e separação de variáveis.

TIC's no Ensino de Física Moderna

• Aprendendo Sobre Ondas com Apps

Dispomos aqui, depois de uma busca minuciosa, uma seleção de aplicativos que o Google Play disponibiliza acerca de ondulatória. Confira em Apps sobre Ondas.

• Aprendendo Sobre Ondas com Simuladores

Dispomos aqui também, depois de uma busca minuciosa, uma seleção de simuladores gratuitos disponíveis na internet acerca de ondulatória. Confira em Simuladores Free.

Idealizadores desta postagem: Mestrandos Jéssica Moura e Yakamury de Lira.

REFERÊNCIAS

https://phet.colorado.edu  - Acesso em: 15/09/17.
http://www.sofisica.com.br  - Acesso em: 15/09/17.
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br  - Acesso em: 15/09/17.
https://play.google.com  - Acesso em: 15/09/17.
http://rogeriocerqueiraleite.com.br/besteirol-universal-principio-da-dualidade-onda-particula-ou-uma-epistemologia-do-pudim-de-banana - Acesso em: 06/10/17.

http://www.redetcibrasil.net/fotos-de-ondas-sonoras - Acesso em: 06/10/17.

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria - Acesso em: 06/10/17.
http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/ondas.htm  - Acesso em: 07/10/17.
http://vovoviuarede.blogspot.com.br/2007/09/o-que-so-ondas-eletromagnticas.html  - Acesso em: 07/10/17.

Experimento com material de baixo custo para determinar a constante de Planck

O QUE PRECISAMOS SABER A RESPEITO DA CONSTANTE DE PLANCK?

 

Constante de Planck (h) é a constante usada para indicar a energia e a frequência das radiações eletromagnéticas. Ela representa o quantum, que é a quantidade de energia emitida em porções muito pequenas.

Trata-se de uma das constantes mais importantes da Física Quântica. Tem esse nome em virtude de Max Planck, físico que se dedicou ao estudo da teoria quântica. O valor da constante de Planck é h = 6,63 . 10-34 J.s. Em ev (elétron-volt), seu valor corresponde a h = 4,13566743(35) x 10-15 eV.s.

A constante de Planck é importante para determinar a energia de um fóton.

Antes de Max Planck, outros estudiosos tentaram entender essa relação, o que foi feito desde 1885, mas os resultados obtidos eram sempre inconsistentes.

Esses estudiosos pensavam que somente seria possível medir a radiação de um corpo se esse corpo absorvesse toda a energia que chegasse até ele. A mesma ficava no corpo, ou seja, não poderia ser refletida.

Para que tal acontecesse, o corpo deveria ser negro, motivo pelo qual esse estudo ficou conhecido pelo nome radiação do corpo negro.

Em 1900, o alemão Planck conclui que a energia é uma grandeza de porções bastante reduzidas, sugerindo, assim, a constante. Importa referir que graças a Planck, surge a Física Quântica, área que estuda a quantização da energia. Graças aos seus contributos, Planck recebeu o Prêmio Nobel da Física em 1918.

CONSTRUÇÃO DO EXPERIMENTO DE BAIXO CUSTO

1 - PLANEJAMENTO - Dispomos o esquema do circuito para auxiliar na construção.

2 - CONSTRUÇÃO DA PLACA - Detalhamento da placa.

A FÍSICA MODERNA EM SALA DE AULA: A CONSTANTE DE PLANCK A PARTIR DE UMA PERSPECTIVA CONSTRUTIVISTA

1 - TEORIA CONSTRUTIVISTA DE LEV VYGOTSKY

O processo de constituição através de instrumentos metodológicos, vem ganhando ainda mais campo de atuação, pois, são meios que visam auxiliar o educando a apropriar-se dos temas socializados por meio do mediador que desenvolve as ações propostas com maior caráter interdisciplinar. Por meio desde ponto de vista, entender a constituição de um educando contemporâneo hoje, é ter em mente, um ser miscigenado conectado à rede mundial de computadores e possui acesso imediato a n temas, e entender que existem muitos e muitos meios de assimilar algum tema que pode vir a ser discutido dentro de um ambiente escolar. 

Entretanto, quando falamos que todo e qualquer indivíduo possui muitos aspectos intrínsecos ligados ao seu meio, não podemos desvirtuar ou desmerecer seus saberes a priori (contexto social e cultural). De acordo com Moreira (1999) a respeito da teoria de Lev Vygotsky, descreve que o desenvolvimento cognitivo é constituído no individuo através de três pilares: processos sociais, processos mentais (instrumentos e signos) e processos genérico-experimental. Esses processos contemplam um passo para compreender o que seria aprender nos dias atuais por meio da teoria construtivista. É uma mediação a partir da reconstrução interna de um operador externo que construímos o conhecimento a respeito de um fenômeno, ou seja, de acordo Moreira (1999) o desenvolvimento cognitivo é a conversão das relações sociais em funções mentais. A apropriação do conhecimento seria um conjunto de ações mediadas que acontecem em um meio sociável e discutível a respeito de um fato comum.

Os pilares descritos por Vygotsky, mostram que os processos mentais, (os que são desenvolvidos pela constituição de signos e instrumentos) fazem do construtivismo um excelente aliado para a assimilação do mundo real e abstrato que muitas vezes é descrito no mundo científico, sejam os indicadores, icônicos ou simbólico, podem possibilitar dentro da constituição de um educando, meios para assimilar fenômenos complexos ou de pouca compreensão quando associados a sistemas pedagógicos tradicionais. A interdisciplinaridade que envolve a compreensão do mundo físico, possui grande potencial para fazer do construtivismo a via de acesso direto a tal interpretação, seja pelos indicadores que fazem a associação entre o fenômeno hipotético e os aspectos macroscópicos, como entender a natureza por trás dos fenômenos de interferência e o comportamento ondulatório de um fóton, pela interpretação icônica de interpretações físicas em um aspecto macroscópico quando observamos uma ilustração das possíveis linhas espectrais de um elemento químico conhecido ou mesmo, através da compreensão abstrata do fenômeno observado por meio da visão do universo estudado, por meio da simbologia que descreve o fato observado pelo educando.

2 - METODOLOGIA CONSTRUTIVISTA

A partir da perspectiva construtivista elaboramos uma metodologia para o ensino de Física Moderna, mais especificamente, a constante de Planck.

3 - CALCULANDO A CONSTANTE DE PLANCK ATRAVÉS DE PLANILHA NO EXCEL.

Fonte: oficinadanet

REFERÊNCIAS

Moreira, Marco Antonio. Teorias de aprendizagem. São Paulo: Editora pedagógica e universitária, 1999.
https://www.cbpf.br/~eduhq/htmltirinhas/>. Acessado em 07 de Agosto de 2017.
https://www.todamateria.com.br/fisica-quantica/. Acessado em 07 de Agosto de 2017.

https://www.oficinadanet.com.br/excel. Acessado em 08 de Setembro de 2017.

Construção de uma Pilha Alternativa para Calcular Comprimento de Onda - Parte III

PALAVRAS INICIAIS...

Anteriormente fizemos uma pilha com materiais de baixo custo que acendia apenas um LED isoladamente. Acesse esse experimento através do link: http://ondadaciencia.blogspot.com.br/2017/06/da-pilha-de-alessandro-volta-ate-o.html.

Porém nossa intenção era ligar um circuito inteiro usando esse experimento da pilha, pois a pilha inicial que elaboramos não fazia o circuito ligar por ter uma tensão muito pequena. Assim, fizemos alguns estudos e chegamos a conclusão que precisaríamos ter uma pilha composta de mais células (entende-se por célula a composição de arruela de zinco, moeda de cobre, tecido e a  solução água com sal).

Testamos então essa ideia e eis que apresentamos a vocês uma pilha feita com material de baixo custo capaz de ligar um circuito inteiro e assim podermos calcular o comprimento de onda das cores do LED RGB (LED que acende nas cores vermelho, verde e azul).

CONSTRUÇÃO DA PILHA COM MATERIAL DE BAIXO CUSTO

1) MATERIAL UTILIZADO

- 10 arruelas de zinco
- 10 moedas de 5 centavos (elas são feitas de cobre)
- 10 pedaços de um tecido que absorva facilmente líquidos
- 100 ml de água
- 3 ou 4 colheres de sal de cozinha
- Um recipiente para fazer a solução
- Multiteste

2) METODOLOGIA

(a) Corta-se o tecido no mesmo formato e tamanho das moedas e arruelas;

(b) Mergulhamos os pedaços de tecido na solução de água com sal

(c) Montar as células na ordem: arruela-tecido-moeda

Observe que montou-se dois montes de 5 células que foram interligadas em série, gerando assim uma tensão elétrica de 4,46 Volts medida pelo multiteste, como mostra a imagem acima.

Para interligar em série foi usado um pequeno fio, removemos suas pontas deixando só o cobre a vista. Em seguida interligamos uma ponta do fio a extremidade com a arruela de um dos blocos de cinco células; e ligamos a outra ponta do fio a extremidade com a moeda de cobre.

3) LIGANDO O CIRCUITO COM A PILHA

Fizemos outro experimento de baixo custo que pode ser acessado no seguinte endereço http://ondadaciencia.blogspot.com.br/2017/08/experimento-com-material-de-baixo-custo.html e o usamos para testar a eficiência da pilha construída com material de baixo custo.

Eis as fotos do experimento funcionando a da pilha:

(a) Acendendo a cor azul do LED RGB

(b) Acendendo a cor vermelha do LED RGB

(c) Acendendo a cor verde do LED RGB

(d) Acendendo as três cores do LED RGB que resultam na cor branca

4) CALCULANDO OS COMPRIMENTOS DE ONDA

Utilizando o espectroscópio construído também com materiais de baixo (ver passo a passo aqui) podemos ver imagens semelhantes a esta a seguir.

E a partir dessa imagem podemos encontrar experimentalmente os comprimentos de onda (chamado de lambda) de cada cor visualizada no espectro acima como violeta, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho.

Em uma postagem mais antiga do nosso blog essa demonstração experimental (cálculos). Disponibilizamos a postagem no link: CONSTRUINDO UM ESPECTROSCÓPIO COM MATERIAIS DE BAIXO CUSTO PARA ESTUDAR O COMPORTAMENTO ONDULATÓRIO.

Assim finalizamos essa série "Construção de uma Pilha Alternativa para Calcular Comprimento de Onda" com essa postagem. Dúvidas ou mais informações sobre nossos experimentos deixe seu comentário e e-mail e retornaremos o contato.

REFERÊNCIAS

http://ondadaciencia.blogspot.com.br/2017/06/espectroscopia-luz-e-suas-propriedades.html

Construção de uma Pilha Alternativa para Calcular Comprimento de Onda - Parte II

COMO FUNCIONA A PILHA ELETROQUÍMICA?

¹Eletrólito é toda a substância que, dissociada ou ionizada, origina íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions), pela adição de um solvente ou aquecimento. Desta forma torna-se um condutor de eletricidade.

AB ⇔ A⁺_(cátion) + B^-_(Ânion)

No experimento, fizemos testes com diferentes substâncias, como Sal de Cozinha (Cloreto de Sódio), Solução Limpa Alumínio (Solução de vários ácidos), Soda Cáustica (Hidróxido de Sódio) e suco de um Limão (ácido cítrico) para determinarmos qual seria o melhor condutor de elétrons em relação a intensidade da tensão elétrica observada e a oxidação dos eletrodos.

Para entender melhor, precisamos de alguns conceitos sobre os tipos de eletrólitos sejam eles ácidos, básicos ou sais e o que acontece dentro de cada ²Célula Eletroquímica e a ³Força Eletromotriz em cada uma delas quando ligadas em série.  

Eletrólito Forte e Eletrólito Fraco

Eletrólito forte é uma substância que está completamente ionizada em solvente. Suas soluções conduzem eletricidade melhor que o soluto puro. Os eletrólitos são oferecidos normalmente por substâncias iônicas ionizáveis. Em nossos experimentos, observamos que o suco de limão mostrou-se um eletrólito forte, como observado na imagem abaixo.

Entretanto, como usamos o suco puro do limão, não conhecíamos a concentração do mesmo, rapidamente observou-se a oxidação dos eletrodos, formando um Óxido em ambos, entretanto este foi o eletrólito que mais gerou tensão.

Quando utilizamos o limpa alumínio, observamos uma boa tensão elétrica e pouca oxidação dos eletrodos, mas não montamos a pilha em série, como observa-se na figura.

Na nossa montagem original, utilizamos o sal de cozinha (Cloreto de Sódio) como eletrólito base para finalizarmos os testes com o led RGB, pois apresentou baixa oxidação dos eletrodos e uma boa tensão de corrente como pode ser observada da imagem.

Eletrólito fraco é uma substância molecular que está parcialmente ionizada em solução, ou seja, possui íons livres na solução, assim como possui moléculas, que caracteriza a solução pela pouca condutividade elétrica. O eletrólito fraco e os íons ficam em equilíbrio com moléculas não dissociadas. O exemplo de eletrólito fraco que observamos em nossos testes foi quando utilizamos a Soda Cáustica (Hidróxido de Sódio) como pode-se observar na imagem.

Não-eletrólito: Se o composto não dissocia em solução. Por exemplo a glicose, etanol, sacarose etc.

Solução eletrolítica

É a solução que contém os íons livres derivados do eletrólito. Quando o eletrólito dissocia parcialmente, estes íons coexistem em equilíbrio com este eletrólito. Devido a existência de íons livres, a solução eletrolítica tem a capacidade de conduzir a corrente elétrica.

Reação espontânea e Pilha de Volta

Reações espontâneas acontecem em células eletroquímicas. ⁴Pilha é qualquer dispositivo no qual uma reação de oxirredução espontânea produz corrente elétrica. Cátodo é o eletrodo no qual há redução (ganho de elétrons). É o pólo positivo da pilha. Ânodo é o eletrodo no qual há oxidação (perda de elétrons). É o pólo negativo da pilha. Os elétrons saem do ânodo (pólo negativo) e entram no cátodo (pólo positivo) da pilha.

Força Eletromotriz e Potencial de Redução e de Oxidação

Antes de realizar a montagem de uma pilha, é necessário saber qual metal vai perder e qual metal vai ganhar elétrons. Para conseguir responder à esta questão, devemos conhecer o conceito de potencial de redução e o potencial de oxidação.

O potencial de redução e de oxidação são medidos em volt (V) e é representado pelo símbolo E°.

Onde:

ΔE°=variação de potencial

E° = diferença de potencial (padrão)

E°RED = potencial de redução

E°OX = potencial de oxidação

Padrão: 25°C e 1atm

Pode-se utilizar qualquer uma destas fórmulas, dependendo dos dados que são fornecidos. 

A diferença de potencial pode ser chamada também de força eletromotriz (fem).

Quanto maior o E°RED mais o metal se reduz.

Quanto maior o E°OX mais o metal se oxida.

Em geral, são usadas tabelas com potenciais padrão de redução para indicar se o metal irá se reduzir ou oxidar. 

Tabela 1

Veja o exemplo:

E°RED Cu = + 0,34V

E°RED Zn = - 0,76V

a) Qual metal sofrerá redução?

O metal que sofrerá redução é o cobre (Cu) porque possui maior valor, maior tendência a reduzir.

b) Qual o valor da ddp desta pilha ou diferença de potencial?

c) Descreva a reação global dos eletrodos.

PRÓXIMOS PASSOS...

Depois de construir e analisar o funcionamento da pilha eletroquímica, em nossa próxima postagem traremos a correlação entre a os espectros de luz emitidos pelo Led RGB e seus respectivos comprimentos de onda a partir do experimento da pilha alternativa.








 
REFERÊNCIAS

 

¹Eletrólito – https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletr%C3%B3lito Acesso 26/06/17

²Célula Eletroquímica – https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_electroqu%C3%ADmica

³Força Eletromotriz – https://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a_eletromotriz

⁴Eletroquímica – http://www.quimica.net/resumo23.htm

⁵Portal da Química – http://www.soq.com.br/conteudos/em/eletroquimica/p3.php