Guia do Professor

Etapas da Aula

  • Explicação inicial: introdução ao assunto
  • Experiemento que será realizado
  • Como o experimento será realizado: explicação aos alunos
  • Acompanhamento dos alunos
  • Como o experimento será realizado

Explicação inicial: introdução ao assunto

Definição de Onda: Onda é uma pertubação que tranfere energia através de matéria ou espaço. Elas podem ser divididas em dois tipos: as mecânicas que se propagam através da interação entre as moléculas vizinhas no meio, e as eletromagnéticas que se propagam através da oscilação campos elétrico e magnéticos.

Onda

Todas as ondas possuem as seguintes propriedades:

  • Comprimento de onda - A o comprimento entre sucessivas repetições, exemplo distância entre picos da onda;
  • Frequência - O número de oscilações por unidade de tempo;
  • Velocidade de Propagação - A velocidade de deslocamento de uma onda no meio;
  • Amplitude - A metade da distância entre um pico e um vale;
  • Período - Tempo necessário por oscilação;
  • Direção de Oscilação - A direção na qual mede-se a amplitude.

Notação

$f$ = frequência

$V$ = velocidade da onda

$\lambda$ = comprimento de onda

$T$ = período da onda

Relações

Frequência da onda: $$f = \frac{1}{T}$$

Velocidade da Onda: $$V = \frac{\lambda}{T}$$ $$V = \lambda * f$$

Experiemento que será realizado

Medição do tempo que um onda sonora viaja por um distância medida.

Será realizado um experimento utilizando arduino uno e sensor ultrassônico HC-SR04, ambos funcionam com 5V. O sensor O arduino IDE, que carrega o programa para o arduino uno, utiliza a linguagem de programação C e pode ser obtido livremente no site: https://www.arduino.cc/ No mesmo site há tutoriais e maiores informações sobre a placa e a programação.

Como o experimento será realizado

O programa responderá o valor do tempo da onda sonora viajar do sensor obstáculo(metade do tempo de ida e volta). Conhecendo-se a distância e o tempo medido(em microsegundos) pela equação abaixo:

Velocidade da Onda: $$velocidade = \frac{distância}{tempo}$$

Objetivo:

  • Medir a velocidade do som através do tempo de para a onda sonora do sensor ir e voltar de uma certa distância conhecida

Montagem:

  • Carregue o programa ao arduino

  • Ligue o pino VCC do sensor ao 5V do arduino;

  • Ligue o pino echo ao pino 10 do arduino;

  • Ligue o pino trig ao pino 9 do arduino;

  • Ligue o pino Gnd ao Gnd do arduino;

  • Abra o monitor serial.

Programa

int trigpin = 9;

int echopin = 10;

// variaveis

long duracao;

/* int distancia;

long velocidade = 1; // em m/us

*/

void setup() {

Serial.begin(9600); // comunicação o serial

pinMode(trigpin, OUTPUT); // trigpin como saída

pinMode(echopin, INPUT); // echopin com entrada

}

void loop() {

// limpa o pino de trigpin

digitalWrite(trigpin, LOW);

delayMicroseconds(2);

// manda gera um pulso

digitalWrite(trigpin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigpin, LOW);

// conta o tempo de ida e volta do pulso em microsegundos

duracao = pulseIn(echopin, HIGH);

// escreve a duração de ida e volta do pulso / 2

Serial.print("duração: ");

Serial.println(duracao/2);

/*

// calcula a distância

distancia = velocidade * duração/2;

// escreve a distância em metros

Serial.print("distancia: ");

Serial.println(distancia);

*/ }

Acompanhamento dos alunos

  • Acompanhe os alunos durante a realização do experimento: sempre verifique as montagens dos alunos antes que eles a energigem;
  • Orientar e retirar dúvidas no cálculo da velocidade da luz.

Exemplo de Gráfico

Grafico