Produção de dispositivo para medidas de vibrações mecânicas e das propriedades de ondas sonoras utilizando a tecnologia de arduinos

Abstract

A tecnologia de Arduino tem sido uma solução prática de baixo custo que permite produzir dispositivos de medida para o uso em laboratórios de ensino de ciências. Com esses dispositivos é possível a medida de grandezas físicas como a aceleração gravitacional, a frequência de ondas, a condutividade elétrica e o tempo de descarga de um capacitor. Outra vantagem que a placa Andino oferece, por ser um material barato e acessível, é a possibilidade de ser usada como uma ferramenta didática para o trabalho docente no ensino de física. Iniciamos com a avaliação experimental dos sensores de som e de vibração disponíveis no mercado. Como resultado da avaliação foram produzidos dispositivos para medidas de espectros sonoros na faixa de 20Hz a 16kHz e de vibrações mecânicas de até 500kHz. Após a série de estudos dos sensores e a montagem de circuitos, foram avaliados o som de um diapasão de 440Hz e espectros sonoros de osciladores na faixa de 500Hz a 16kHz e o espectro de som e de vibração do violão profissional. Os erros percentuais na medida da frequência das ondas sonoras e das vibrações quando comparadas com as medidas realizadas pelo software Audacity foram menores ou iguais a 3%. Foi possível também observar que as vibrações no tampo do violão profissional estão em fase com as ondas sonoras em certos pontos e fora de fase em outros pontos, caracterizando a existência de ondas estacionárias no tampo do violão. Na segunda etapa do estudo de caso do violão, foram avaliados os espectros sonoros e vibracionais de dois violões, um profissional e outro padrão. Os erros percentuais nas medidas de som e vibração das cordas do violão padrão foram menores ou iguais a 36%, e os do violão profissional foram menores ou iguaisa13%. Outro ponto importante foi observar que as ondas vibracionais e sonoras tiveram uma diferença de fase no valor deπ/2 no tampo superior e inferior do violão padrão, por fim, foi feito uma comparação dos espectros de som e vibração medidos pelo dispositivo com os espectros de som realizados pelo Audacity chegando a valores próximos do valor padrão da corda Mi (6) de 82Hz. Os espectros de frequência das medidas de som e de vibração realizadas pelo dispositivo foram próximos quando comparado com os espectros realizados pelo Audacity.