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The Physics Teacher - Vol. 52, March 2014
(O professor de Física - Vol. 52, março de 2014)
An Arduino Investigation of Simple Harmonic Motion
(Uma Investigação do Movimento Harmônico Simples com Arduino)
Calin Galeriu, Scott Edwards and Geoffrey Esper.
Valesca Taciele O. da Silva
JOÃO CÂMARA/RN
2017
❖ Calin Galeriu está ensinando Física no Becker College e Matemática em
Bay Path Regional Vocational Technical High School. Ele obteve um diploma
de BS em Física da Universidade de Bucareste, mestrado da Clark University,
e um diploma de doutorado do Instituto Politécnico de Worcester.
❖ Scott Edwards é instrutor de Eletrônica e professor vocacional no Bay Path
Reg. Voc. Tec. Colegial. E possui uma Licenciatura em Engenharia a partir de
UConn. ([email protected])
❖ Geoffrey Esper é instrutor de Eletrônica no Bay Path Reg. Voc. Tec. Alto
Escola. E possui Licenciatura em Física pela Clark University.
Formação Acadêmica dos autores
• we cannot hope for a new generation of scientists and engineers if we don’t let our young students
take ownership of their scientific and engineering explorations, if we don’t let them enjoy the
hands-on cycle of design and production, and if we don’t let them implant their creativity into a
technologically friendly environment. With this educational philosophy in mind, Massimo Banzi1
and his team have developed and popularized the open source Arduino microcontroller board.
The Arduino board has helped countless people in their science, electronics, robotics, or
engineering projects, allowing them to build things that we have not even dreamed of. Physics
instructors have also realized the advantages of using Arduino boards for lab experiments.2-4 The
schools are saving money because the homemade experimental equipment is much cheaper than
the commercial alternatives. The students are thankful for an educational experience that is more
interesting, more loaded with STEM content, and more fun. As further proof of this new trend in
physics education, Vernier5 is now documenting the use of their probes with Arduino boards. This
is why we have developed an Arduino-based physics investigation of the simple harmonic motion
(SHM) of a mass on a spring. The experimental data are collected with the help of an ultrasonic
distance sensor and an Arduino Uno board. The data are then graphed and analyzed using Origin
9. This rich crosscurricular STEM activity integrates electronics, computer programming, physics,
and mathematics in a way that is both experimentally exciting and intellectually rewarding..
RESUMO:
PROBLEMÁTICA
• Como podemos esperar uma nova geração de cientistas
e engenheiros se não deixarmos nossos jovens
estudantes tomar posse de sua ciência e engenharia
para usar e explorar sua criatividade?
OBJETO DE ESTUDO
• Investigação Física sobre a utilização da placa arduino
em um experimento Físico.
OBJETIVO GERAL:
• Desenvolver uma investigação Física com o Arduino
sobre o movimento harmônico simples (MHS) de uma
massa em uma mola.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
• Desenvolver a investigação experiental com atividade STEM;
• Coletar os dados experimentais com ajuda de um sensor
ultra-som de distância e uma placa Arduino Uno;
• Analisar os dados graficamente utilizando o Origin 9.
A CONFIGURAÇÃO EXPERIMENTAL
A configuração experimental
consiste em um suporte, uma mola,
um peso de bronze, um sensor de
distância ultra-sônico e o Arduino Uno.
Fig. 1. Arduino UNO Fig. 1. A configuração experimental para investigaçãode
MHS.
Fig. 2. Sensor de distância ultra-sônico HC-SR04
• Este sensor HC-SR04 tem quatro pinos: VCC, GND, Echo e Triggr .
A CONFIGURAÇÃO EXPERIMENTAL
INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL
• O sensor ultra-sonico foi conectado ao
urduino para detectar os dados;
• Puxando o peso para baixo um pouco, iniciará
a oscilação;
• A placa Arduino irá executar o código e
enviará repetidamente de volta ao
computador as duas medidas experimentais
da oscilação, o tempo e a distância. As
medidas são repetidas a cada 10 ms.
• A lista de medidas experimentais é copiado
da janela Arduino Serial Monitor e colado em
uma planilha do Microsoft Excel.
Fig. 4. Análise de dados feita usando Origin 9.
O valor do período pode ser usado para calcular a constante
elástica da mola: k = m (2.𝜋 / T)2 que é aproximadamente 16.75 N /
m.
ANALISE DOS DADOS UTILIZANDO Oringin 9
• A mesma configuração
experimental pode ser
usada para investigar A lei
de Hooke. Utilizamos
massas de 100 g a 450 g.
• O gráfico da força aplicada
em função da posição x nos
mostra o valor da constante
elástica da mola;
• O valor obtido é
aproximadamente 16,77 N/
m, é muito próximo do valor
determinado a partir do
período do MHS.
Fig. 5. Investigação experimental da lei de Hooke.
• Ao usar a Placa Arduino Uno e o sensor de distância ultra-sônico
HC-SR04, esta experiência de Física muito importante pode ser
realizada com um pequeno orçamento, com uma excelente
combinação entre dados experimentais e a base teórica.
• Com a investigação experimental integrada a atividade STEM foi
possível descobrir algumas conexões fundamentais entre Física,
Eletrônica, Programação de Computadores, e Matemática.
• Esta investigação baseada em Arduino e MHS ajudou os alunos a
melhorar suas experiências e habilidades teóricas.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
REFERÊNCIAS
• 1. Massimo Banzi, Começando com Arduino, 2ª ed. (O'Reilly Media,2011).
• 2. K. Zachariadou, K. Yiasemides e N. Trougkakos, "Um sistema delaboratório educacional baseado em Arduino controlado porcomputador, com base em baixo custo, para ensinar os fundamentosdas células fotovoltaicas", Eur. J. Phys. 33, 1599-1610 (novembro de2012).
• 3. Eric Ayars, "Aplicações dos Microcontroladores Arduino emLaboratórios de Graduação", conversa convocada na reunião nacionalda AAPT em Nova Orleans, LA, janeiro de 2013.
• 4. Calin Galeriu, "Um fotografado controlado por Arduino", Phys.Ensinar.156-158 (março de 2013).
• 5. "Um guia para usar sensores Vernier com Arduino", The Caliper 1-2(Fall 2013).
