CRONÔMETRO MICROPROCESSADO - PDF Free Download
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Leonardo Soares Marinho
1 O equipamento possui um display de alta resolução e 6 botões: CRONÔMETRO MICROPROCESSADO (43) LONDRINA PR 1 - Introdução O Cronômetro Microprocessado é um sistema destinado ao controle, aquisição e processamento de dados de experimentos físicos relacionados a fenômenos tais como Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV), movimento pendular, queda livre, dentre outros. O equipamento conta com 6 entradas para sensores óticos, os quais realizam a detecção de passagem de corpos. Baseando-se em leituras dos sinais desses sensores e em alguns parâmetros definidos pelo usuário, o equipamento é capaz de calcular com precisão os valores de tempo, velocidade e aceleração de corpos em movimento. O controle dos modos de operação do Cronômetro e a exibição dos dados adquiridos é feita através de uma interface composta por 6 botões e um display gráfico de alta resolução. O uso dessa interface é simples e intuitiva. O Cronômetro Microprocessado pode ser utilizado em diversos experimentos, sem a necessidade de montagens e configurações demasiadamente complexas, e eliminando o uso de diversos outros equipamentos e recursos, tais como cronômetros e softwares de cálculo. Como a aquisição dos dados é automatizada, a precisão dos resultados é muito maior. 2 Painel frontal / Painel traseiro A imagem a seguir ilustra o painel principal do equipamento, indicando cada um de seus botões: 1 LIGA/DESLIGA Liga/desliga o equipamento. 2 ELETROÍMÃ Libera a bobina que prende o corpo, iniciando o seu movimento. 3 ENTER Permite entrar no modo de ajuste dos valores dos parâmetros. 4 UP Altera o modo de operação ou o valor do parâmetro. 5 DOWN Altera o modo de operação ou o valor do parâmetro. 6 ESC Sai do modo de ajuste de parâmetros ou limpa todos os valores registrados. O painel traseiro conta com sete conectores (para as versões sem USB) ou oito conectores (nos modelos com USB). O conector da esquerda é o conector para a fonte de alimentação e acionamento do eletroímã. Em seguida, se encontram seis conectores para sensores óticos, nomeados em ordem crescente da esquerda para a direita (S1 a S6). No modelo com USB, o conector dedicado se encontra entre a fonte e o sensor S1. 3 Instalando o equipamento Antes da utilização do Cronômetro Microprocessado, é extremamente importante que este seja devidamente instalado e conectado. Durante a instalação, é importante que o equipamento e sua fonte estejam desconectados da tomada. Este será o último passo a ser realizado na montagem do Cronômetro. Primeiramente, devem ser conectados os sensores óticos ao equipamento, seguindo a indicação dos conectores na imagem presente logo acima. Caso esteja sendo utilizada a versão com comunicação USB, o equipamento pode ser ligado a um computador através de um cabo apropriado. Em seguida, o Cronômetro Microprocessado pode ser conectado à sua fonte de alimentação, através do cabo de 6 vias destinado a essa finalidade. O conector destinado a esse cabo é semelhante ao conector dos 1
2 sensores óticos, porém, o seu formato garante que ele possa ser encaixado apenas no terminal destinado à fonte de alimentação. Os cabos utilizados para as conexões dos sensores e da fonte são flexíveis o bastante para permitir boa portabilidade ao cronômetro, o que pode ser muito útil em um laboratório didático. O eletroímã também pode ser conectado à fonte de alimentação. O eletroímã deve ser ligado através do conector rosqueado de duas vias. O conector utilizado garante uma maior segurança ao usuário do equipamento, já que ele evita o contato direto com os terminais do eletroímã. Isso é muito importante, tendo em vista o fato de que caso este seja desconectado enquanto ainda estiver energizado, o eletroímã pode induzir tensões muito altas entre esses terminais. Os terminais para alimentação do eletroímã apresentam uma polaridade definida. Entretanto, o conector só pode ser encaixado de uma única maneira à fonte de alimentação, o que garante que não ocorra uma ligação indevida do eletroímã. Para evitar que o conector se solte indevidamente, este deve estar bem pressionado e rosqueado na fonte de alimentação. O próximo passo é ajustar a fonte de alimentação para adequá-la à tensão fornecida pela rede elétrica. A seleção 110/220 Volts é feita através de uma pequena chave presente em sua lateral. É extremamente importante que o equipamento seja ligado de maneira correta. Caso contrário, ele poderá sofrer danos irreversíveis. Após serem feitas as conexões corretamente, o Cronômetro pode ser ligado, pressionando-se o botão LIGA/DESLIGA. 4 Operando o equipamento Assim que equipamento for ligado, o usuário pode selecionar um dos modos de operação disponíveis, bastando pressionar as teclas UP/DOWN até encontrar a opção desejada. Caso seja necessário ajustar algum parâmetro do modo escolhido, o usuário deve pressionar a tecla ENTER para entrar no modo de ajuste e alterar o parâmetro através dos botões UP/DOWN. O parâmetro ajustado é exibido em destaque no display. Se o valor desejado estiver muito longe do valor atual, o usuário pode manter pressionado o botão UP ou DOWN. Depois de alguns instantes pressionado, o valor do parâmetro passa a ser incrementado ou decrementado mais rapidamente. Caso o modo possua mais de um parâmetro, o usuário pode pressionar novamente a tecla ENTER para realizar o ajuste dos próximos valores. Caso o usuário pressione o botão ESC, o equipamento imediatamente sai do modo de ajuste dos parâmetros. Entretanto, os valores não são salvos na sua memória interna e serão perdidos assim que o Cronômetro for desligado. Para que os valores sejam salvos, é necessário pressionar o botão ENTER passando por todos os parâmetros até que, após o último parâmetro, o Cronômetro saia do modo de ajuste. Desse modo, os valores são salvos na memória interna do Cronômetro, podendo ser utilizados novamente após o equipamento ser desligado. Para iniciar um experimento, basta que o usuário pressione o botão ELETROIMÃ, o qual acionará o eletroimã por um tempo de até 10 segundos. Caso o botão seja pressionado enquanto o eletroimã está acionado, o mesmo será desligado, o corpo começará a se deslocar e a contagem do tempo é iniciada. Se mantido em modo automático, o eletroimã fica acionado durante 10 segundos e desliga automaticamente, iniciando a contagem do tempo. O Cronômetro Microprocessado também pode ser utilizado em experimentos que não envolvam o eletroímã. Em todos os modos, o início da contagem se dá também a partir do primeiro pulso no sensor 1. Ou seja, no momento em que um objeto obstruir o feixe de luz do sensor 1, a contagem é iniciada, sem que seja necessário o uso do eletroímã. Um detalhe interessante do Cronômetro Microprocessado é que, quando este inicia uma contagem, todos os dados adquiridos são temporizados. Sendo assim, mesmo que o usuário inicie uma contagem no modo de Queda livre, por exemplo, todos os outros modos também exibirão dados. Em alguns casos, tais 2
3 dados extras podem não ter validade nenhuma, mas a visualização de todos os dados pode ser muito interessante em determinadas situações. Para desligar o equipamento, basta pressionar o botão LIGA/DESLIGA. 5 Modos de operação O Cronômetro Microprocessado apresenta 8 modos de operação, descritos detalhadamente a seguir. Também são exibidas ilustrações que indicam como cada modo é apresentado no display do equipamento. 10 tempos Nesse modo, o equipamento utiliza apenas um sensor. O display exibe duas colunas com 10 valores cada, sendo que a primeira coluna (T01 a T10) indica o tempo em que ocorre cada passagem do objeto pelo sensor, e a segunda coluna (t1 a t10) mostra o tempo que foi necessário para o objeto passar através do sensor. Uma característica que distingue o modo 10 tempos dos demais é que o usuário pode utilizar o próprio botão ENTER como um sensor extra. A cada momento que o botão for pressionado, o equipamento interpreta como um dado válido de um sensor. pelo sensor. Desse modo, a primeira passagem após o objeto ser solto é considerada válida, enquanto que a segunda passagem (que ocorre na volta do objeto) é desprezada. A terceira passagem (no sentido de ida) é novamente considerada válida. Os valores exibidos no display consideram apenas o tempo entre as passagens válidas. Periódico Permite o estudo de movimentos periódicos. O display exibe na primeira coluna (T1 a T10) os tempos transcorridos entre cada passagem do objeto pelo sensor, enquanto que a segunda coluna (f1 a f10) mostra a respectiva frequência, tendo como base o valor da primeira coluna. Ao contrário do modo Pêndulo, nesse modo todas as passagens pelo sensor são registradas. Elástico O modo Elástico é destinado ao estudo de colisões elásticas. Esse modo utiliza 4 sensores (sensores 0 a 3) e possui dois parâmetros. O parâmetro d01 deve ser configurado para indicar a distância em milímetros entre os sensores 0 e 1, enquanto que o mesmo deve ser feito no parâmetro d23 em relação à distância entre os sensores 2 e 3. Pêndulo O modo Pêndulo permite a verificação de movimentos pendulares. O display exibe duas colunas, sendo que a primeira (T1 a T10) indica o tempo entre as passagens válidas do objeto pelo sensor, e a segunda coluna (f1 a f10) exibe a frequência de oscilação do pêndulo, determinada a partir dos valores da primeira coluna. Nesse modo, são exibidos três valores de tempo e três valores de velocidade. A primeira linha de valores mostra o tempo entre a passagem do corpo móvel pelos sensores 0 e 1 (T01) e a velocidade média nesse deslocamento (Vm01), antes que ocorra o choque com o segundo corpo. É importante observar que no modo Pêndulo, são consideradas válidas as passagens ímpares do objeto A segunda linha mostra o tempo de volta do corpo após a colisão (T10) e a sua velocidade média (Vm10) enquanto que a terceira linha exibe o tempo de deslocamento entre os sensores 2 e 3 (T23) do corpo que foi atingido e a sua velocidade média (Vm23). 3
4 Inelástico Nesse modo, são exibidos os valores obtidos pelo equipamento no estudo de colisões inelásticas. No modo Inelástico, são utilizados 4 sensores (sensores 0 a 3) e é necessário configurar 4 parâmetros. O parâmetro d01 deve ser configurado com a distância entre os sensores 0 e 1, enquanto que d23 deve ser ajustado com a distância entre os sensores 2 e 3. velocidades médias do corpo no seu deslocamento entre dois sensores adjacentes. Queda livre Esse modo é destinado a experimentos relacionados ao estudo da Queda livre. São utilizados até 6 sensores no modo Queda livre O modo Queda livre possui duas telas distintas para exibição de dados. Existem sete parâmetros que podem ser configurados pelo usuário: os parâmetros d01 a d06 e t_bobina. Os valores de d01 a d06 devem ser configurados com distância entre o ponto de lançamento do corpo e o sensor correspondente (S1 a S6). No modo Inelástico, são exibidos dois valores de tempo e dois valores de velocidade. A primeira linha se refere ao tempo que o corpo móvel leva para percorrer a distância entre os sensores 0 e 1 antes do choque (T01) e a sua velocidade média nesse deslocamento (Vm01). A segunda linha exibe os dados obtidos após a colisão: o tempo entre a passagem do corpo atingido através dos sensores 2 e 3 e a velocidade média nesse deslocamento. O parâmetro t_bobina é um ajuste de precisão, relacionado ao tempo necessário para o eletroímã se desmagnetizar após a corrente que passa por ele ser reduzida a zero. Tal valor pode ser ajustado de modo a minimizar os erros causados por essa diferença entre o momento em que o eletroímã é desligado e o momento em que o corpo começa a se deslocar. O ajuste dos parâmetros é feito pressionando-se o botão ENTER e alterando o valor através dos botões UP/DOWN. Quando o botão ENTER é pressionado pela primeira vez, o usuário entra no modo de ajuste de d01. Para que os outros parâmetros sejam alterados, basta pressionar ENTER novamente. MRU / MRUV Nesse modo, podem ser estudados o Movimento Retilíneo Uniforme (MRU) e o Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV). Nesse modo, são utilizados os 6 sensores do Cronômetro Microprocessado. O modo MRU / MRUV possui um parâmetro a ser configurado, indicado por "d" no display, o qual determina a distância entre sensores adjacentes. Para alterar o parâmetro, o usuário deve pressionar ENTER, alterar seu valor através de UP/DOWN e pressionar ENTER novamente. São exibidos três tipos de dados no display. Nas linhas superiores da coluna da esquerda, são exibidos os valores T01 a T06, os quais indicam os tempos em que o corpo passa por cada um dos sensores. Na coluna da direita, os valores T01 a T56 indicam os tempos que o corpo leva para percorrer a distância entre dois sensores adjacentes. Nas três colunas inferiores, são exibidas as Diversos valores são exibidos nas duas telas do modo. Na primeira tela, são exibidos os tempos entre o lançamento do corpo e o momento em que este passa pelos sensores (T01 a T06) e as velocidades médias entre o lançamento e a passagem pelo sensor (Vm01 a 4
5 Vm06). Na segunda tela, são mostradas as velocidades instantâneas na passagem em cada sensor (Vf1 a Vf6), as acelerações calculadas entre cada sensor e a origem (a01 a a06) e as velocidades médias entre as passagens por sensores adjacentes (Vm01 a Vm56). Velocidades Nesse modo, podem ser monitoradas as velocidades instantâneas de um corpo na passagem por cada um dos sensores. Esse modo utiliza os 6 sensores e possui um parâmetro, o qual deve se configurado com o diâmetro do objeto em milímetros. Na coluna à esquerda do display, é exibido tempo transcorrido entre o lançamento do objeto e sua passagem por cada um dos sensores (T1 a T6), enquanto que na coluna da direita é mostrada a velocidade instantânea do corpo na passagem por cada um dos sensores. Esse valor leva em consideração o tempo de passagem e o tamanho do objeto. Especificações da bobina: Indutância: 1,02 H Resistência: 370 Ω Especificações do sistema: 6 Especificações Precisão da unidade de tempo (segundo): 4 casas decimais (100 μs) Precisão da unidade de velocidade (m/s): 4 casas decimais Precisção da unidade de aceleração (m/s 2 ): 4 casas decimais 5