Sabemos que osciloscópio é uma das mais poderosas ferramentas de ensino nas escolas técnicas e mesmo nas escolas de nível médio dentro do programa de ensino de tecnologia (STEM). 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.
Um fenômeno físico que apresenta certo grau de dificuldade para ser explicado é o batimento. Um experimento prática pode ser usado para ajudar os professores na explicação e isso inclui mais um importante para o uso do osciloscópio na escola.
De fato será interessante lembrar o que é o batimento:
Tomamos como exemplo um diapasão, que nada mais é do que uma forquilha de metal que, quando excitada produz som de uma frequência determinada. Na figura 1 temos um diapasão.
Quando batemos num diapasão ele vibra na sua frequência natural que é determinada pela sua forma, tamanho e material de que é feito.
Um fenômeno interessante ocorre quando dois diapasões cortados para frequências diferentes vibram ao mesmo tempo e no mesmo lugar. Ouvindo cuidadosamente o som, veremos que além dos sons básicos para quais eles são cortados, aparecem dois outros tons, um mais grave e outro mais agudo.
Este fenômeno ocorre quando os dois sons são misturados no seu ouvido, ou especialmente quando incidem na membrana do tímpano.
Dois frequência adicionais são ouvidas: uma tem a soma das frequências e a outra a diferença das frequência originais produzidas pelos diapasões.
Se um dos diapasões vibra em 300 Hz e outro em 800 Hz, ouviremos também um tem de 1 100 Hz e outro de 500 Hz, conforme mostra a figura 2..
Este fenômeno, causado pela interferência das ondas sonoras é chamado “batimento” e também é usado nos circuitos eletrônicos de altas frequências.
Se analisarmos as duas frequências adicionais produzidas (1 100 Hz e 500 Hz) veremos que elas ocorrem porque cada ponto do tímpano recebe, ao mesmo tempo, vibrações de duas fontes. Cada parte vibra ao mesmo tempo em duas frequências.
Os movimentos causados pelas duas vibrações se combinam, produzindo duas novas frequências.
O importante a se observar nesse fenômeno é que as duas novas frequências (soma e diferença) não são produzidas pelas fontes sonoras, mas sim nas áreas em que as vibrações ocorrem. Assim, as vibrações ocorrem dentro de você porque o tímpano gera as novas vibrações. Assim, os 1 100 Hz e 500 Hz são produzidos dentro de seu ouvido.
Entendido como ocorre o fenômeno, passemos ao experimento.
Para obter o batimento, vamos partir de um outro princípio que é a combinação dos sinais dos geradores ainda não forma elétrica de modo que o batimento ocorra no circuito e os sinais soma e diferença apareçam num alto falante, conforme mostra a figura 3 em que temos o arranjo.
Procedimento:
a) Ajuste os geradores para sinais senoidais de mesma intensidade (1 Vpp, por exemplo), mas frequências diferentes (500 Hz e 1 kHz, por exemplo).
b) Ligue o circuito combinado na entrada vertical do osciloscópio a ajuste-o para visualizar as formas de onda.
c) Se o som obtido no alto-falante for muito baixo, utilize um amplificador adicional
d) Explique o fenômeno e a forma de onda observada no osciloscópio.
e) Explique que o mesmo fenômeno também ocorre nos circuitos eletrônica, dando como exemplo o funcionamento dos receptores de rádio super-heteródinos.
