Pontifícia Universidade Católica de São Paulo Relatório Inicial de Projeto de Conclusão de Curso
Disciplina: Projeto de Conclusão de Curso Coordenador: Ricardo Andrade Terini Orientadora: Marisa Almeida Cavalcante Aluno: Rafael Prieto Bastos Pinto de Almeida
1.Introdução O presente projeto visa a construção de um Espectrofotômetro similar ao adquirido recentemente pela Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, da marca Pasco, modelo OS-8539, para utilização na disciplina Laboratório de Estrutura da Matéria. A construção embora similar deverá ser feita com o mais baixo custo possível, afim de posteriormente, ser facilmente reproduzido nos laboratórios didáticos de física em diversos experimentos, tanto para Ensino Médio como para ciclos básicos do ensino superior de graduação em Física e áreas afins.
Fig.1 Espectrofotômetro Pasco OS-8539.
Na montagem original da Pasco os dados são coletados e trabalhados no software Datastudio, este por sua vez não é um software livre, assim não é possível usá-lo em qualquer laboratório didático, pois sua aquisição geraria custos, fugindo da finalidade do projeto, alem disso é um software especifico para a utilização com as interfaces da Pasco e seus sensores de acoplamento Para o sistema que será desenvolvido a coleta e tratamento de dados serão feitos utilizando softwares com versões freeware e planilhas eletrônica São muitos os sistemas já existentes para tal propósito[1]. São três os elementos fundamentais para aquisição automática de dados: Transdutores, interface e software[2]. Transdutores são responsáveis por captar os valores das grandezas físicas. Para o projeto em questão usaremos um potenciômetro que será responsável para medir a grandeza física correspondente a posição espacial e um LDRe/ou fototransistores (Light dependent Resistor) responsáveis por medir a grandeza física intensidade luminosa.A interface fica responsável pela conversão de sinais analógicos em
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digitais. Tendo em vista que a maior parte das grandezas físicas são analógicas e um computador processa suas informações na forma digital, é preciso que se crie uma interface que será conectada na porta joystick de um computador[3]. O software fica incumbido de registrar e armazenar os dados coletados em um experimento. São diversos os softwares livres disponíveis na Internet, desde simuladores de osciloscópio, como planilhas e editores gráficos. Serão feitos vários ensaios comparativos entre o equipamento original da Pasco e o proposto neste projeto, a fim de verificar-se a validade do aparato criado e se o mesmo possuirá precisão aceitável, quando comparado com valores teóricos. Será possível o desenvolvimento de vários tipos de experimentos nos mais diversos ramos da física, desde óptica física comum nos laboratórios de Estrutura da Matéria e cada vez mais abordada no curso de Ensino Médio, como óptica geométrica e até mecânica básica. 2.Resumo Desenvolveremos neste trabalho a criação de um espectrofotômetro baseado em um disponível no mercado da marca Pasco OS-8539. A confecção deverá ser feita com baixo custo, de modo que possa ser reproduzido facilmente nos laboratórios didáticos de Física. A aquisição de dados será feita através de uma interface conversora analógico-digital disponíveis na grande maioria dos computadores que é a placa de som e os dados armazenados e tratados softwares disponíveis gratuitamente na Internet. 3.Justificativa Um grande empecilho nos laboratórios didáticos de Física é o alto custo para obtenção de aparelhos que em sua maioria são de origem estrangeira, como por exemplo, o Espectrofotômetro da Pasco OS-8539. Além do alto custo, sua obtenção esbarra em questões burocráticas relacionadas a problemas de importação e alfândega, assim muitas vezes leva um enorme tempo para se conseguir este tipo de aparelho, que na maioria das vezes são adquiridos em quantidades pequenas, não podendo ser usados em turmas com um número razoável de alunos. O projeto em questão visa além da reprodução e utilização do Espectrofotômetro a 3
conscientização da necessidade de se reproduzir aparelhos e/ou kits com baixo custo, que por muitas vezes são vistos como uma caixa-preta e só podem ser usados para a finalidade ao qual foram adquiridos, assim este desconhecimento de como é o funcionamento de um aparelho usado em um laboratório de física restringe seu uso a diferentes áreas da Física. Quando se reproduz uma montagem moderna de um fabricante renomado, passa-se a dominar o aparato por completo com alguns outros sensores , por exemplo, passamos a utilizá-lo
a para outras finalidades,
como ensino de mecânica, estudo de caos e etc. Com o advento da globalização e a forte crescente tecnológica ao qual estamos inseridos, não é difícil encontrarmos computadores nos mais diversos lugares, até mesmo em lugares menos privilegiados financeiramente. Utilizar o computador como ferramenta de ensino nos laboratórios didáticos de Física, é algo já há algum tempo muito relevante. Tendo em vista que quase na totalidade os computadores são produzidos com placa de som já acopladas, isso nos possibilita construir sistemas de aquisição de baixo custo já que temos a disposição uma boa interface de aquisição
necessária para o processo de coleta de dados. Resta-nos associar
adequadamente os transdutores, bem como o processo de conversão da grandeza física a ser medida. Esta não é uma tarefa fácil e exige um amplo domínio do fenômeno físico que se pretende estudar e os limites de precisão e medida inerentes ao método proposto. É de suma importância que alunos dos mais diversos níveis de escolaridades estejam em constante convívio com questões relacionadas à tecnologia, para que os mesmos possam se situar e atuar no processo em que estão vivendo. Não se trata só de apertar um botão e obter um resultado, mas sim construir um aparato experimental, entendê-lo por completo e ser capaz de reproduzi-lo. 4.Procedimento Na primeira etapa visa-se a familiarização com o Espectrofotômetro da Pasco OS8539, detalhamento do seu funcionamento, aplicações e limites de funcionamento. Na seqüência levantamento dos materiais que serão usados na confecção do aparato, quais os tipos de materiais adequados, cotação dos preços e obtenção do material. Logo após montagem do equipamento, tendo em vista que a captura de dados se fará através da placa de som deveremos efetuar toda a calibração dos 4
transdutores que serão utilizados. Como o sistema calibrado e construído faremos diferentes ensaios comparando os resultados com os obtidos através do espectrofotômetro da Pasco.,. Concomitante ao procedimento descrito acima será feita pesquisas bibliográficas, elaborados relatórios e apresentações para avaliação referente ao curso Projeto de Conclusão de Curso. 5.Cronograma MÊS/ATIVIDADE
ABRIL
MAIO
LEVANTAMENTO BIBLIOGRÁFICO
X
X
CONSTRUÇÃO DO APARATO ENSAIOS E MEDIDAS
X
JUNHO
JULHO
X
X X
AGOSTO
SETEMBRO
X
X
DISSERTAÇÃO DA TESE
X
OUTUBRO
NOVEMBRO
X
DEFESA DA TESA
X
6.Referências Completar as referencias com os artigos:
1. Montarroyos, E. e Magno, C. W. Rev Brás. Ens. Fis, 23, 1, 57 - 62 (2001). 2. Cavalcante, M. A. e Tavolaro, C.R.C. Física na Escola, 4, 29 - 30 (2003). 3. Aguiar, C.E. e Laudares, F. Rev Brás. Ens. Fis, 23, 4, 371-379 (2001) 4. Haag, R. Rev Brás. Ens. Fis, 23, 2, 176-183 (2001) 5. Magno, W. C. e Montarroyos,E. Rev Brás. Ens. Fis, 24, 4, 497- 499 (2002) 6. Cavalcante, M. A.; Silva E.; Prado, R. e Haag, R. Rev Brás. Ens. Fis 24, 2, 150157 (2002). 7. W. M Gonçalves, A F Heinrich e J C Sartorelli, Rev Brás. Ens. Fis, 13, 63 (1991).
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8. D. F de Souza, J. Sartori, T. Catunda e L. Nunes, Rev Brás. Ens. Fis, 17, 196 (1995). 9. D. F de Souza, J. Sartori, M J V Bell e L. A O Nunes Rev Brás. Ens. Fis, 20, 4, 413-422, (1998). 10. M A Cavalcante e C R Tavolaro Rev Brás. Ens. Fis, 22, 2, 247-258, (2000). 11. M A Cavalcante e C R Tavolaro Rev Brás. Ens. Fis, 22, 3, 421-425 (2000). 12. M A Cavalcante Rev Brás. Ens. Fis, 21,4, 550 (1999). 13. R O Ocaya Phys Educ 35, 267 (2000) 14. Haag,R.; Araújo,I.S. e Veit,E. A. A Física na Escola, 2, 1, 69-75 (2005) 15. http://www.picotech.com Softwares e sistemas de aquisição de dados 16. http://www.muenster.de/welp/sb.htm Vários softwares que utilizam placa de som 17. http://www.monumental.com/rshorne/gram.htm Analise espectral 18. www.if.ufgs.br/cref/ntef : pagina com excelente material sobre sistemas de aquisição de dados da UFRGS.
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