Não resta nenhuma dúvida de que o osciloscópio é uma das mais poderosas ferramentas de ensino nas escolas técnicas e mesmo nas escolas de nível médio. Com sua ajuda podemos programar diversos experimentos de física, eletricidade, e mesmo de outras ciências e agora de uma forma mais completa se acrescentarmos a isso tudo aplicativos disponíveis para celulares. Neste artigo damos um exemplo, de experimento que pode ser realizado com a ajuda de um osciloscópio, em especial, os modelos InfiniiVision série 2000X e 3000X da Keysight.
Visualizar fenômenos dinâmicos, uma das finalidades primeiras do osciloscópio, como bem demonstramos no nosso livro Osciloscópio – Primeiros Passos – patrocinado pela Keysight (antiga Agilent), é fundamental no estudo de física e eletrônica além da própria pesquisa científica e desenvolvimento de projetos.
Usando um osciloscópio, por exemplo, podemos programar uma excelente aula prática para analisar o Efeito Doppler e de uma forma muito interessante, pois uma das ferramentas usadas é o celular.
Sim, hoje estão disponíveis aplicativos muito interessantes que não são apenas curiosidades, joguinhos ou efeitos sonoros e outras coisas, mas verdadeiras ferramentas para o estudo de trabalho, inclusive usando tecnologia.
Usaremos uma delas no nosso trabalho que é justamente uma demonstração prática usando o celular com fonte de sinal de frequência fixa e o osciloscópio com um microfone acoplado.
O experimento
O efeito Doppler é aproveitado tanto em acústica como em rádio frequência para medidas de velocidades ou detecção de corpos que se movimentem
A ideia básica consiste em se medir a alteração de frequência que se recebe de uma fonte quando ela se move, conforme ilustra a figura 1.
Se tivermos uma fonte sonora de frequência fixa, por exemplo, um alto-talante ligado a certa distância, este recebe e aplica ao osciloscópio sinais de mesma frequência se a distância entre os dois elementos não variar com o tempo, ou seja, não houver movimento relativo.
No entanto, se a fonte se aproximar do microfone, haverá uma alteração da frequência recebida em relação à emitida que se mantém fixa.
A freqoência recebida aumenta numa proporção que depende da velocidade, conforme mostra afigura 2.
Se houver um afastamento da fonte em relação ao microfone, haverá uma diminuição de frequência. Usando Altas Frequências, os radares usados no controle de velocidade das estradas operam segundo o mesmo princípio que, com a ajuda de poucos equipamentos pode ser demonstrado em salas de aula.
Na figura 3 temos as ligações dos elementos usados nesta experiência para o caso de um laboratório que possua um gerador de áudio e um amplificador.
A frequência usada na experiência deve estar entre 1 e 2 kHz ou ainda dentro da faixa de maior rendimento do microfone usado.
No entanto, uma possibilidade é usar o celular com um aplicativo apropriado que gere um sinal de frequência fixa conhecida e possa até ser usado de uma forma móvel com mais facilidade.
No nosso artigo CEL004 descrevemos o uso do celular como injetor de sinais a partir do aplicativo high Frequency Sound que pode ser baixado gratuitamente no Google Play, cuja tela é mostrada na figura 4.
Ajusta-se o Osciloscópio para a obtenção de uma imagem estável do sinal senoidal captado.
Movimentando-se rapidamente o microfone em direção ao alto-falante (ou vice-versa) devemos ter a contração das ondas indicando um aumento de frequência.
No caso do celular, basta ajustar o aplicativo para produzir um sinal de 1k a 5k e movimentá-lo aproximando e afastando do microfone ligado ao osciloscópio.
Como o osciloscópio possui recursos para indicar a frequência do sinal que está sendo captado, podemos ver claramente o seu aumento e diminuição com a mudança do sentido do movimento.
Sugerimos aos leitores que desejam calcular a variação da frequência em função da velocidade que consultem os livros de física do segundo grau.
Sugestões
Além de um questionário para os alunos, os próprios professores podem criar novos experimentos envolvendo a associação do aplicativo ao osciloscópio ou lançá-los como desafios, tais como:
- Medir a velocidade de um carrinho num plano inclinado que carregue um celular rodando o aplicativo.
- medir a velocidade de um objeto que se afasta pela reflexão do som do celular num sonar experimental.
- Medir a velocidade do som usando o celular e o osciloscópio.
- Programar experimentos com o tubo de Kundt.
- Explicar o efeito Leslie.
Osciloscópios InfiniiVision da Série 3000X
Osciloscópios InfiniiVision da Série 2000X
