Material Suplementar para Descrição temporal de forças de colisão: um modelo didático para laboratório de física assistido por sistema embarcado

Transcrição

1 Material Suplementar para Descrição temporal de forças de colisão: um modelo didático para laboratório de física assistido por sistema embarcado 1. Material suplementar Programa fonte desenvolvido para a plataforma Arduino. A rotina setup() é executada apenas uma vez quando o Arduino é ligado e a rotina loop() é executada repetidamente e indefinidamente. 1 // // Ipog Instituto de Pós-Graduação 3 // Engenharia Civil 4 // Laboratório de Física 5 // Data: Set/ // #include <EEPROM.h> 8 9 // // Declaração de variáveis 11 // String resposta; // Usado em confirmações pelo usuário 14 String temp; // Uso geral 15 double m; // Massa da bola 16 double h; // Altura da queda 17 double g; // Aceleração g 18 double e; // Coef.Restit. 19 double area_forca; // Área gráf. de f 20 double area_tensao; // Área graf. de v 21 double lambda; // Lambda 22 double delta_t; // Intervalo 23 boolean detectou; // Indicador 24 boolean calibragem; // Indicador 25 double t[20]; // tempos 26 double v[20]; // tensoes. 27 double f[20]; // forças. 28 unsigned long tempo; // instante 29 int leitura; // 1a tensao // // Rotina executada apenas no início do processamento 33 // void setup(){ 35 Serial.begin(9600); // Velocidade de transf. dados 36 g = 9.81; 37 Serial.println(" Serial.println("Calibrar o aparelho (S/N)?"); 1

2 39 Serial.println(" resposta = "ssnn"; 42 char temp = 'x'; 43 while (resposta.indexof(temp) < 0){ 44 while (Serial.available()) { 45 temp = Serial.read(); 46 } 47 } 48 if ((temp =='s') (temp =='S')){ 49 calibragem = true; 50 } 51 else { 52 calibragem = false; 53 } 54 recebeparametros(); 55 Serial.println(" Serial.println("Aguardando soltar a bola...\n"); 57 } // // Essa rotina é executada repetidamente 61 // indefinidamente 62 // void loop(){ 65 // // Fazendo as leituras. 67 // detectou = false; 69 leitura = analogread(2);// Lê porta A2 70 if (leitura > 0){ 71 detectou = true; 72 v[0] = leitura; // 1a tensão 73 t[0] = 0; // Inicio 74 tempo = micros(); // Zera tempo 75 for (int i=1; i<20; i = i + 1){ 76 v[i] = analogread(2); 77 t[i] = micros()-tempo; 78 } 79 for (int i=0; i<20; i = i + 1){ 80 v[i] = v[i]/1023.0*5.0; 81 } 82 } // Fim do if // // Se teve sinais processa-os // Algumas ações nesse if são 87 // executados apenas sob calibragem 88 // e outras em execução normal. 89 // if (detectou) { 91 if (calibragem){ 92 lambda = calculalambda(m,h); 2

3 93 gravalambdaeeprom(lambda); 94 } else { 95 lambda = lelambdaeeprom(); 96 } 97 // // Calculando o vetor de forças 99 // for (int i=0; i<20; i = i + 1){ 101 f[i] = double(v[i] / lambda); 102 } if (!calibragem){ 106 // // Integração 108 // area_forca = 0; 110 for (int i=0; i<19; i = i + 1){ 111 // no calculo já converte ms -> s 112 delta_t = t[i+1]/ t[i]/ ; 113 area_forca = area_forca + f[i]*delta_t; 114 } 115 imprimeresultados(); 116 } // fim do if // // Limpando os vetores 120 // for (int i=0; i<20; i++){ 122 v[i] = 0; 123 t[i] = 0; 124 f[i] = 0; 125 } 126 calibragem = false; 127 Serial.println(" \n"); 128 Serial.println("Aguardando soltar a bola...\n"); 129 } // fim do "if detectou..." 130 } void recebeparametros(){ 133 Serial.println("Massa (kg) :"); 134 temp = ""; 135 m = 0; 136 while (m==0){ 137 while(serial.available()) { 138 temp = Serial.readString(); 139 } 140 m = temp.tofloat(); 141 } Serial.println("Altura da queda (m) :"); 144 temp = ""; 145 h = 0; 146 while (h==0){ 147 while(serial.available()) { 3

4 148 temp = Serial.readString(); 149 } 150 h = temp.tofloat(); 151 } 152 Serial.println("Coeficiente de restituição (e) :"); 153 temp = ""; 154 e = 0; 155 while (e==0){ 156 while(serial.available()) { 157 temp = Serial.readString(); 158 } 159 e = temp.tofloat(); 160 } 161 } double lelambdaeeprom(){ 164 double val; 165 EEPROM.get(0, val); 166 return val; 167 } void gravalambdaeeprom(double lambda){ 170 Serial.print("Lâmbda="); 171 Serial.println(lambda,8); 172 Serial.println("\nGravando Lâmbda na EEPROM...\n"); 173 EEPROM.put(0, lambda); 174 delay(2000); 175 } double calculalambda(double m, double h){ 178 double lambda; 179 // // Calcula a área no grafico t x f (método teorico) 181 // area_forca = m*sqrt(2*g*h)*(1+e); // // Calcula a área nos grafico t x v 186 // area_tensao = 0; 188 for (int i=0; i<19; i = i + 1){ 189 // no calculo já converte ms -> s 190 delta_t = t[i+1]/ t[i]/ ; 191 area_tensao = area_tensao + v[i]*delta_t; 192 } // // Calcula e salva Lâmbda 196 // lambda = area_tensao / area_forca; 198 Serial.println("Calibragem realizada."); 199 return (lambda); 200 } void imprimeresultados(){ 4

5 204 // // Imprimindo resultados 206 // Serial.println("\n Serial.print("Massa da bola.(kg)...= \t"); 209 Serial.println(m, 6); 210 Serial.print("Altura da queda.(m)...= \t"); 211 Serial.println(h, 6); 212 Serial.print("Coeficiente de restituição..= \t"); 213 Serial.println(e, 6); 214 Serial.print("Área no gráfico da Força...= \t"); 215 Serial.println(area_forca, 8); 216 Serial.print("Lâmbida...= \t"); 217 Serial.println(lambda, 8); 218 Serial.println(" Serial.print("Tempo (μs)"); 220 Serial.print("\t"); // Tabulação 221 Serial.println("Força (N)"); 222 Serial.println(" for (int i=0; i<20; i = i + 1){ 225 Serial.print(t[i],0); // Envia para o console 226 Serial.print("\t"); // Tabulação 227 Serial.println(f[i],6); 228 } 229 } 5