Descrevemos a montagem de um circuito didático que tanto serve para demonstrar o princípio de funcionamento dos diodos como também consiste num excelente teste de habilidade, que pode ser aplicado nas pessoas com as mais diversas finalidades. O projeto é extremamente simples, podendo ser realizado mesmo pelos leitores que não tenham muita experiência com a eletrônica.
Artigo publicado na revista Mecatrônica Jovem de janeiro de 2024
A ideia básica desse quebra cabeça reside totalmente no princípio de funcionamento dos diodos semicondutores.
Conforme mostra a figura 1, se polarizarmos um diodo no sentido direto (veja a posição do anodo e catodo), ele deixa passar a corrente, oferecendo muito pouca oposição ou resistência.
No entanto, se polarizarmos o diodo no sentido inverso, ele praticamente não deixará passar corrente alguma, conforme mostra a figura 2.
Fica então claro que, se tivermos vários diodos ligados em série e um LED para indicar a passagem da corrente, conforme mostra a figura 3, a corrente só poderá circular nesse circuito e com isso o LED acender, se todos os diodos estiverem polarizados no sentido direto.
Se um único diodo desse conjunto estiver polarizado no sentido inverso, conforme mostra a figura 4, a corrente será bloqueada e o LED não acenderá.
Nosso Projeto
O que fazemos então é utilizar dois conjuntos de 3 tomadas ligadas em série, tendo no final de cada uma um LED indicador com um resistor limitador de corrente.
Em cada tomada deveremos encaixar um plugue que tem ligado um diodo. No entanto não podemos ver o modo que esse diodo está ligado, pois ele está embutido na peça.
Assim, somente se os três plugues forem encaixados na posição certa, que leve os diodos à polarização direta, é que a corrente pode passar e os LEDs acenderem, conforme a figura 5 ilustra.
A finalidade do jogo é então simples: o jogador terá à sua disposição 6 plugues iguais. Deve então fazer tentativas no sentido de obter a combinação de posições (invertendo-os tantas vezes quantas sejam necessárias) até que os dois LEDs acendam.
O vencedor de uma competição será aquele que conseguir isso no menor tempo possível.
Montagem
Na figura 6 temos o diagrama completo do quebra-cabeças.
A disposição real dos componentes é mostrada na figura 7.
Usamos dois conjuntos de três tomadas que pode ser adquirido em qualquer casa de material elétrico. Os diodos são 1N4002 ou qualquer equivalente.
Os LEDs serão instalados em pontes de terminais juntamente com os resistores e para a alimentação empregamos 4 pilhas pequenas num suporte apropriado. Os diodos são embutidos nos plugues conforme mostra a mesma figura.
Esses plugues devem então ser fechados de modo que o jogador não possa ver as posições dos diodos. Evidentemente, os diodos devem ser colocados em posições aleatórias.
Até mais de 6 plugues podem ser usados, tornando assim mais interessante o jogo. Alguns deles podem até ficar vazios para tornar ainda mais difícil a obtenção da combinação correta.
Os dois conjuntos de tomadas podem ser instalados numa caixa, conforme mostra a figura 8.
Lógica
É interessante notar que o jogo, apesar de ser um quebra-cabeças envolvendo o princípio de funcionamento dos diodos, também tem fundamentos na lógica digital, isso para a sua resolução.
Se partirmos do fato de que são usadas todas as tomadas com diodos, e que os diodos têm apenas dois estados de condução, podemos associar os valores digitais 0 ao diodo sem conduzir e 1 ao diodo conduzindo.
Assim, a combinação certa é aquela em que temos os diodos nas posições 111 e 111 para os dois conjuntos. Levando em conta que 111111 nos dá o digital 63, está claro que o jogo admite 64 combinações possíveis: de 000 000 a 111 111.
Se o leitor usar dois jogos de 4 tomadas o número de combinações sobe para 256. Os LEDs só acenderão com 1111 e 1111. Usando 10 tomadas o número cresce para 1024!
No entanto, o jogo é mais simples porque trabalhamos com dois LEDs. Assim, temos 8 combinações possíveis apenas para cada LED.
Se o leitor conhece a numeração binária, pode facilmente fazer as inversões de maneira programa e assim obter a solução com menos de 8 tentativas para cada LED ou no máximo 16 para os dois LEDs. Basta lembrar que a sequência natural de combinações possíveis para os diodos é:
000
001
010
011
100
101
110
111
Considere essa numeração e proceda do seguinte modo:
a) Assuma que a combinação inicial é 000
b) Inverta o primeiro 001
c) Reverta o primeiro e inverta o segundo 010
d) Inverta novamente o primeiro 011
e) Reverta os dois primeiros e inverta o terceiro 100
f) Inverta o primeiro 101
g) Reverta o primeiro e inverta o segundo 110
h) Inverta o primeiro 111
Com esse procedimento, independentemente do modo como os diodos estejam, o leitor terá testado todas as combinações possíveis e numa delas certamente o LED acenderá!
Lista de Material
D1 a D6 – 1N4148 ou 1N4002 – diodos retificadores ou de uso geral
LED1, LED2 – LEDs comuns (qualquer cor)
R1, R2 – 470 ohms x 1/8 W – resistores – amarelo, violeta, marrom
P1 a P6 – Plugues comuns para a rede de energia
X1 a X2 – Dois conjuntos de três tomadas comuns para a rede de energia ou três tomadas separadas
B1 – 6 V – 4 pilhas pequenas
Diversos:
Caixa para montagem, suporte de pilhas, pontes de terminais, fios, solda, etc.
Mais no site:
https://www.newtoncbraga.com.br/projetos-educacionais/11980-quebra-cabecas-eletronico-art1387.html?highlight=WyJhcnQxMzg3Il0=
Um desafio para você – Caixa do Código DaVinci
O Professor Ventura, Beto e Cleto encontraram uma caixa que guarda o esquema de um equipamento secreto que eles desejam construir. No entanto, a caixa precisa ser aberta do mesmo modo que o circuito que descrevemos em que temos 4 diodos que já estão encaixados nos soquetes conforme mostra o circuito da figura abaixo. Descobriram também uma folha de papel que diz que o código de disparo do solenoide indicado é 2105. O disparo do relé faz com que a caixa se abra.
Alguém tentou abrir e deixou os diodos no local no código indicado no papel e nada aconteceu, pois os diodos não estão indicados nas posições corretas, devendo ser invertidos para que tenhamos o verdadeiro código. Se forem conectados da maneira errada a caixa aciona uma chama interna que queima o esquema.
Cabe aos nossos heróis encontrar o código correto que abre a caixa corretamente, invertendo ou deixando na posição correta os diodos do circuito.
Quais diodos devem ficar como estão e quais devem ser invertidos para que a caixa abra? O problema é que as tomadas com os diodos não podem ser abertas, pois foram vedadas com epóxi e não é permitido usar o multímetro.
Quem descobrir em primeiro lugar e enviar para o instituto a resposta ganhará um prêmio. A resposta estará disponível no site do instituto e nas páginas do facebook tanto do instituto como do Clube da Mecatrônica.
A resposta ao desafio:
O senso de observação é algo fundamental para quem faz investigações. Neste caso, os leitores devem ter percebido que falamos do modo como DaVinci escrevia e também o físico Dirac. A escrita invertida é a chave.
Desta forma, se pensarmos no código 1205 e que ele não é real, que tal pensar que se trata de uma imagem invertida. Assim, escreva esse código numa folha como mostrado na figura e leia no espelho. Foi o que o Professor Ventura fez e para surpresa de Beto e Cleto surgiu o código que experimentado no aparelho com a simples inversão de dois diodos resultou no disparo do relé.
- Elementar meu caro Watson! - exclamou Beto com a solução do enigma.
Códigos DaVinci
https://mcb.org.br/pt/programacao/exposicoes/os-segredos-dos-codigos-de-leonardo-da-vinci/
