A Matemática das Ondas

No dia 30 de Setembro de 2016 os bolsistas de iniciação à docência observaram e ministraram aulas supervisionadas sobre A Matemática das Ondas.

Iniciamos as aulas apresentando os elementos que caracterizam uma onda tais como velocidade, comprimento, período, frequência e amplitude.

Utilizamos o Google Translator para traduzir para o inglês a palavra COMPRIMENTO.

A tradução foi LENGTH e ressaltamos que a palavra iniciava com a letra L.

Depois mudamos a fonte da palavra LENGHT, trocando cada letra para a correspondente letra grega. Desta forma justificamos o uso da letra grega LÂMBDA para representar o comprimento de onda.

Para exemplificar na prática nós medimos o comprimento e a amplitude de uma onda estacionária criada pela nossa máquina de ondas.

Nossa montagem caseira foi baseada em um produto comercial da ARBOR SCIENTIFIC:

Depois explicamos os conceitos de frequência e período e justificamos o nome dado à unidade de frequência mostrando o retrado de Heinrich Hertz ao alunos

Na sequência deduzimos as relações matemáticas fazendo uma analogia às fórmulas da cinemática estudadas no 1º Ano do Ensino Médio.

No final da aula resolvemos alguns exemplos na lousa

na sua maioria aplicações de substituição simples e de conversão de unidades

e propomos uma lista de exercícios com tarefa de casa

Ondas Longitudinais e Transversais

No dia 28 de Setembro de 2016 os bolsistas de iniciação à docência observaram e ministraram aulas supervisionadas sobre Tipos de Ondas, diferenciando e exemplificando ondas transversais e longitudinais.

Iniciamos as aulas mostrando um vídeo que mostra que as ondas transportam apenas energia, sem transporte de matéria.

Na sequência produzimos ondas transversais numa corda (associando à luz),

e ondas longitudinais numa mola (associando ao som)

Depois explicamos o funcionamento do “Telefone de Pobre”, montado com duas latinhas de conserva unidas por um barbante.

Explicamos que a latinha funciona como um tipo de modem que transforma a onda longitudinal sonora em onda transversal na corda e vice-versa.

Como a onda no barbante é praticamente invisível (mas sensível caso coloquemos o dedo no barbante), apresentamos um aparato que possibilita a sua visualização.

A onda estacionária transversal no barbante é criada pelo giro de dois motores posicionados em um suporte de PVC. A alimentação é feita por 4 pilhas em série.

No final da aula convidamos aos alunos para testar o funcionamento do telefone de pobre no pátio.

Explicamos que para ocorrer a propagação do som é necessário que o barbante esteja tracionado.

A primeira variação do experimento foi fazer “linhas cruzadas”. Neste caso as vozes se misturam e o efeito é bem interessante.

A segunda variação é substituir a latinha receptora pela cabeça do aluno. A sensação de ouvir devido à vibração dos ossos do crânio é inusitada.

No final da aula propomos uma pesquisa sobre o assunto.

Os Alicerces da Mecânica Clássica #7

No dia 24 de Setembro de 2016 ocorreu mais uma etapa do Curso sobre Mecânica Clássica organizado pelo Prof. Sergio Carias.

Neste dia os bolsistas de iniciação à docência ministraram uma aula em conjunto.

O assunto principal foram as Equações de Movimento de Hamilton.

Transformadores

No dia 23 de Setembro de 2016 os bolsistas de iniciação à docência observaram e ministraram aulas supervisionadas sobre Transformadores.

Iniciamos as aulas explicando que o processo de elevação ou de diminuição da tensão elétrica nos transformadores ocorre devido ao fenômeno da Indução Eletromagnética.

O primeiro experimento consistiu na tentativa de transformar a tensão contínua proveniente de 2 pilhas ligadas em série.

Posicionamos dois multímetros, um na entrada e outro na saída do transformador e os alunos puderam verificar que o por mais que tentávamos ajustar os fios de ligação, o valor na saída do transformador era sempre igual a zero. Com isso provamos que transformadores só funcionam na tensão alternada. Tensões contínuas não produzem campos magnéticos variáveis, impossibilitando o fenômeno da indução eletromagnética.

Na sequência iniciamos diversos experimentos nos quais elevamos e reduzimos a tensão alternada da tomada.

Depois resolvemos um exemplo de transformação utilizando uma regra de três entre as tensões de entrada e saída e o número de espiras dos enrolamentos primário e secundário.

Finalizamos as aulas propondo uma lista de exercícios aos alunos.

Indução Eletromagnética

No dia 21 de Setembro de 2016 os bolsistas de iniciação à docência observaram e ministraram aulas supervisionadas sobre Indução Eletromagnética – Lei de Faraday.

Iniciamos as aulas apresentando o enunciado simplificado da Lei de Indução de Faraday e sua aplicação na geração de energia elétrica.

Para ilustrar que ímãs em movimento são capazes de gerar uma força eletromotriz num circuito fechado nós nos aproximamos da torneira do laboratório e simulamos o processo de indução eletromagnética no qual a queda d’água gira um ímã próximo a uma bobina.

Na sequência distribuímos os kits experimentais aos alunos

Inicialmente os alunos conectaram um multímetro (atuando como voltímetro na posição DC 200mV) a uma bobina de fio esmaltado enrolada no gargalo de uma garrafinha pet.

Depois pedimos para que os alunos posicionassem lentamente um ímã no interior da bobina e o deixassem parado lá.

Na ausência de movimento relativo entre o ímã e a bobina a leitura do multímetro foi zero, ou seja, não ocorria geração de energia elétrica.

Depois pedimos para que os alunos iniciassem um movimento de vai-e-vem do ímã e que observassem com atenção a leitura do multímetro.

Neste caso a leitura do multímetro acusou valores oscilantes de voltagem positiva e negativa, evidenciando o surgimento de tensões alternadas no processo de indução eletromagnética.

Repetimos o experimento utilizando agora um motor de carrinho ligado a um led e pedimos aos estudantes que girassem rapidamente o eixo do motor. Explicamos primeiro que dentro do motor há um ímã e uma bobina e que ao girar o eixo do motor produzimos um movimento relativo entre eles. Como era esperado, o led acendeu.

No final da aula iniciamos a explicação do funcionamento de um fogão de indução. Primeiramente fizemos uso de um modelo didático.

Um eletroímã de corrente alternada foi utilizado para acender (por indução eletromagnética) um led conectado a uma bobina.

Na sequência explicamos que o fogão de indução funciona baseado no mesmo princípio: uma bobina no interior do fogão é percorrida por uma corrente alternada que gera um campo magnético variável ao seu redor.

Quando colocamos uma panela metálica sobre o fogão ocorre o surgimento de uma corrente alternada na mesma e por efeito Joule ela aquece.

Explicamos que o melhor tipo de panela a ser utilizada no fogão de indução são aquelas cujos materiais são ferromagnéticos (aquelas nas quais os ímãs grudam). Os materiais ferromagnéticos concentram as linhas de campo magnético o que otimiza o aquecimento.

Terminamos a aula acendendo um led posicionado sobre o fogão de indução. O processo de “transmissão de energia elétrica pelo ar” deixou os alunos um tanto perplexos.