FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA 3ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO Turma 4323 Trabalho Trimestral de Física

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1 FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA 3ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO Turma 4323 Trabalho Trimestral de Física OBTENÇÃO DE DADOS VIA EXCEL APLICADA AO ENSINO DA FÍSICA Bruno Gasparotto Ponne (06) Leonardo Arnold (15) Luís Henrique Lehnen (18) Pedro Henrique Cechinel (23) Prof. Luiz André Mützenberg (orientador) Novo Hamburgo, agosto de 06. TRÔ Duas décadas buscando excelência

2 2 SUMÁRIO RESUMO 3 INTRODUÇÃO 4 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 5 2 DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL 8 CONCLUSÃO 11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO.12 ANEXO A: CÓDIGO FONTE 13

3 3 RESUMO Atualmente, as escolas e outras instituições de ensino têm ao seu dispor diversas tecnologias auxiliando a aprendizagem dos alunos. Cabe aos professores e alunos tentar utilizar essas tecnologias de forma eficiente e criativa para promover o melhor ensino possível. Utilizando o sistema desenvolvido no último Trabalho Trimestral, desenvolveremos um software que monitore, através do computador, o movimento de um móvel sobre um plano inclinado (aparelho chamado de colchão de ar) e apresente informações e gráficos sobre esse movimento no computador de forma a auxiliar na compreensão e ensino desse conteúdo da área da Cinemática. Em síntese, queremos aprimorar um instrumento de auxílio ao ensino da física utilizando os conhecimentos adquiridos na disciplina e também reaproveitando nosso Segundo Trabalho Trimestral.

4 4 INTRODUÇÃO A velocidade do avanço das ciências é muito grande nos dias de hoje. A cada dia, novos conhecimentos são apresentados. Para acompanharmos e absorvermos os novos conhecimentos e também aqueles já existentes e essenciais, precisamos de recursos, como professores, livros e tecnologias que nos auxiliem na compreensão das matérias, ensinando-nos de forma interativa e criativa. Tendo esse contexto em vista, fica clara a validade do desenvolvimento de um software que monitore o movimento de um móvel sobre um plano inclinado fornecendo de forma rápida, criativa e prática, informações e gráficos sobre esse movimento tornando o ensino desse conteúdo mais dinâmico e fácil. É justamente esse sistema que desenvolveremos em nosso Terceiro Trabalho Trimestral. Esse relatório tem o objetivo de registrar o desenvolvimento do trabalho. Esses registros são organizados dentro do relatório da seguinte forma, inicialmente introduzimos o trabalho e passamos para a fundamentação teórica em que apresentamos conceitos e teorias a serem utilizadas na parte prática. Em seguida descrevemos tudo o que realizamos na prática, no capítulo Desenvolvimento experimental. Após isso, analisamos os resultados finais obtidos e concluímos sobre o trabalho elaborado.

5 5 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Em nosso trabalho utilizaremos novamente a programação em Visual Basic para captar os dados vindos da porta paralela do computador e manipulá-los no Excel. Esses dados disponibilizados na porta paralela virão dos sensores do colchão de ar. Nesse capítulo, detalharemos o que é cada parte que compõe o sistema. Iniciaremos falando um pouco sobre o que é o aparelho colchão de ar. Ele é um tipo de equipamento projetado para minimizar as forças de atrito, fazendo com que o corpo se desloque sobre um jato de ar comprimido e não entre em contato direto com a superfície do trilho. O corpo que desliza sobre o colchão de ar é chamado de carrinho. Ao longo das duas faces do trilho onde se apoia o carrinho, existem orifícios com diâmetros da ordem de décimos de milímetro por onde sai o ar comprimido proveniente de um compressor externo. O Trilho de Ar é colocado inclinado em relação à horizontal, de modo que o carrinho possa descer por ele sob a ação de sua força peso. Essa inclinação pode ser alterada pelo usuário. Ao longo do trilho por onde o carrinho passa, existem sensores que servem para detectar a sua passagem por aquele ponto e registrar quanto tempo levou para o carrinho percorrer aquela determinada distância. Na figura 1 ao lado, podemos observar o esquema do colchão de ar. Figura 1: Colchão de ar Falaremos agora um pouco sobre os cabos usados para adaptar as saídas dos sensores do colchão de ar ao cabo paralelo. Esses conectores nada mais são do que os antigos conectores de teclado do padrão DIN. São facilmente conseguidos em teclados e computadores antigos o que facilitou bastante o trabalho do grupo. Veja figura 2 abaixo.

6 6 O próximo elemento que utilizamos foi a porta paralela do microcomputador, por onde entravam os dados vindos do experimento com o colchão de ar. A porta paralela é uma interface de comunicação entre o computador e um periférico, no nosso caso os sensores do colchão de ar. Figura 2: Conector padrão DIN Quando a IBM criou seu primeiro PC (Personal Computer) ou Computador Pessoal, a idéia era conectar a essa Porta uma impressora, mas atualmente, são vários os periféricos que se utilizam desta Porta para enviar e receber dados para o computador. Através da porta paralela e com a ajuda de linguagens de programação como C, C++ ou Visual Basic, como é o nosso caso, é possível desenvolver programas que controlem aparelhos conectados na Porta paralela, ou um programa de transferência de arquivos entre dois computadores, utilizando um cabo paralelo como meio de transmissão. A Porta Paralela é uma porta que exige extremo cuidado quando ao a manipularmos visto que está ligada diretamente à placa mãe do computador. É preciso cuidado ao conectar circuitos eletrônicos a essa porta, pois, uma descarga elétrica ou um componente com a polaridade invertida, pode causar danos irreparáveis ao computador. Existem dois modelos de porta paralela. A porta paralela SPP e a porta EPP. A porta paralela SPP (Standard Parallel Port) oferece um transmissão unidirecional e pode chegar a uma taxa de transmissão de dados a 150KB/s. Comunica-se com a CPU utilizando um BUS de dados de 8 bits. Para a transmissão de dados entre periféricos são usado 4 bits por vez. Já a porta avançada EPP (Enhanced Parallel Port ) que oferece transmissão bidirecional, pode atingir uma taxa de transferência de 2 MB/s. Para atingir essa velocidade, é necessário um cabo especial. Comunica-se com a CPU utilizando um BUS de dados de 32 bits. Para a transmissão de dados entre periféricos são usado

7 7 8 bits por vez. A porta avançada ECP (Enhanced Capabilities Port) tem as mesmas características que a EPP, no entanto, utiliza DMA (acesso direto à memória), sem a necessidade do uso do processador, para a transferência de dados. Utiliza também um buffer FIFO de 16 bytes. O DB25 é a porta da paralela onde é conectado o cabo Figura 3: DB25 FÊMEA paralelo. Veja na figura 3. Logo abaixo você acompanha o DB25 Macho bem como o esquema de funcionamento do DB25 no modo SSP: Figura 4: DB25 MACHO Figura 5: Esquema de funcionamento do DB25 no modo SSP

8 8 2 DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL O primeiro passo do grupo no terceiro Trabalho Trimestral foi decidir qual opção de trabalho realizaríamos. Visto que o nosso trabalho do segundo trimestre funcionou, escolhemos a opinião de continuá-lo, mas dessa vez dando uma finalidade a ele. Essa utilidade deveria ser relacionada ao ensino da física. Dessa forma, tivemos a idéia de computadorizar o aparelho colchão de ar disponível na Fundação Liberato. Esse aparelho como foi visto na fundamentação teórica, é utilizado para o ensino da física, mais precisamente da cinemática. Ele possui uma pista por onde um carrinho desliza com uma determinada velocidade e aceleração em um determinado espaço. Através de sensores, esse aparelho dá o tempo quando o carrinho passou por determinados pontos e com esse tempo, podemos calcular vários parâmetros sobre o movimento. Esse tempo de que estamos falando é disponibilizado ao usuário através de displays de 7 segmentos. O grupo, no entanto, propôs enviar esses dados de tempo do movimento para o computador, através da porta paralela. Para isso, começamos a trabalhar tentando achar uma forma de obter os dados das saídas dos sensores do colchão de ar para enviá-los à porta paralela, porém tínhamos um problema: não podíamos modificar e muito menos danificar o material já que ele é de propriedade da escola. Para solucionar isso, verificamos como eram os conectores que conectavam os sensores aos displays de 7 segmentos. Constatamos que esses conectores eram nada mais do que os conectores padrão DIN que eram utilizados, antigamente, em teclados. Sendo assim, fomos procurar esses conectores em sucatas e conseguimos obtê-los em quantidade suficiente para o experimento. Após termos esses conectores, tínhamos que ver o que significava cada pino de saída dos conectores dos sensores do colchão de ar. Fizemos isso verificando a o circuito dos displays de 7 segmentos e constatamos o seguinte:

9 9 Figura 6: Conector de saída dos sensores Figura 07: Conector usado como adaptador Na figura 7 podemos ver também a pinagem definida para o conector a ser usado como adaptador. Com esse passo do trabalho pronto, já podíamos comunicar o computador ao colchão de ar através da porta paralela, no entanto faltava programar o software em VB para que essa comunicação fosse possível. No segundo trabalho trimestral já havíamos feito esse software agora teríamos apenas que fazer algumas modificações. Esse software só é possível porque há o interpretador da linguagem Visual Basic no Excel e através dessa linguagem podemos programar o computador de forma que ele leia os dados inseridos na porta de jogos do computador. Esse processo foi feito através da utilização de macros que são seqüências de funções, em linguagem VB, que são programadas de forma a executar a aquisição dos dados digitais inseridos na paralela e manda-los para células pré-especificadas de uma planilha de

10 10 cálculos. Assim, na planilha de cálculos conseguimos manipular esses dados de forma a atingir nosso objetivo que era obter no Excel as medidas de tempo do movimento do carrinho. Em síntese, o programa desenvolvido (anexo 1) pode ser separado em cinco partes. A primeira delas trata da declaração das variáveis a serem utilizadas no decorrer do algoritmo. Essas variáveis podem ser de configuração do sistema ou então de dados. As variáveis de dados têm a função de armazenar, por exemplo, os intervalos de tempo que o carrinho levou para atingir cada sensor e posteriormente outras variáveis também foram usadas para armazenar resultados de cálculos de velocidade, aceleração e aceleração da gravidade. Após a declaração das variáveis, o programa inicializa a porta paralela e posteriormente configura os espaços entre um sensor e outro, sendo que esses parâmetros são dados pelo usuário. Com a porta paralela iniciada e os delta s definidos, iniciamos a coleta dos dados da paralela e seu armazenamento em variáveis já declaradas no início do programa. O último passo foi programar os cálculos que deveriam ser feitos a partir dos valores recebidos. Inicialmente calculávamos a velocidade e após a aceleração. Também o programa dava a oportunidade de calcular a aceleração da gravidade tendo-se o ângulo de inclinação do plano inclinado no qual o carrinho deslizava. Com todos esses dados em variáveis, a sua exposição em planilha do Excel ficou simples. O código detalhado do programa pode ser visto em anexo 1.

11 11 CONCLUSÃO Ao final do trabalho podemos mencionar algumas considerações. Primeiro, constatamos que é possível sim através do sistema desenvolvido no nosso segundo Trabalho Trimestral inovar uma tecnologia já existente que visa ao ensino da física. Ao lado disso consideramos que com a inovação feita, as opções de aplicação do produto educativo se tornaram muito mais amplas, já que se pode trabalhar com os dados no Excel, o que torna o processo mais rápido e prático e ainda oferece mais recursos visuais do que o equipamento tradicional oferecia, como por exemplo, gráficos dos movimentos. Além de poder elaborar através de um trabalho trimestral um equipamento útil que pode possivelmente vir a ser utilizado ainda ampliamos bastante nossos conhecimentos na área de programação e hardware de computadores bem como também fizemos uma revisão na matéria básica de Cinemática. Enfim, o grupo atingiu o objetivo inicial dessa pesquisa que era desenvolver um software, através da linguagem Visual Basic, que auxilie no ensino da Cinemática.

12 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS LAROUSSE CULTURAL, Enciclopédia. São Paulo, em 05/12/2005 às 09:56 GASPAR, Alberto. FÍSICA. São Paulo: Ática, em 28/11/2005 às 23:26 em 22/10/2005 às 20:50

13 13 ANEXO A: CÓDIGO FONTE Option Explicit Global n As Integer Global deltat As Single Global rps As Single Global i As Integer Global count As Integer Global x0 As Integer Global x1 As Integer Global x_controle As Integer Global x3 As Integer Global x1e As Integer Global tempo0 As Double Global tempo1 As Long Global tempo2 As Long Global t As Long Global t1 As Long Global t2 As Long Global t5 As Single Global Matriz(10) As Double Global dt0 As Double Global dt1 As Double Global dt2 As Double Global dt3 As Double Global dt4 As Double Global s5 As Double

14 14 Global s1 As Double Global s2 As Double Global s3 As Double Global s4 As Double Global v5 As Double Global v1 As Double Global v2 As Double Global v3 As Double Global v4 As Double Global a1 As Double Global a2 As Double Global a3 As Double Global a4 As Double Global a5 As Double Global a_1 As Double Global a_2 As Double Global a_3 As Double Global a_4 As Double Global a_5 As Double Global PortAddress As Integer Public Declare Function timegettime Lib "winmm.dll" () As Long Public Declare Sub Out32 Lib "inpout32.dll" (ByVal PortAddress As Integer, ByVal PortData As Byte) Public Declare Function Inp32 Lib "inpout32.dll" (ByVal PortAddress As Integer) As Byte Sub Inicia()

15 15 PortAddress = &H379 x_controle = Inp32(PortAddress) 'le o dado da porta tempo0 = timegettime Worksheets("Coleta dados").cells(44, 3).Value = x_controle x0 = 47 count = 0 t = timegettime Do Until count = 5 x1 = Inp32(PortAddress) Worksheets("Coleta dados").cells(45, 5).Value = x1 If (x1 = 111) Then x3 = 47 x0 = 47 End If If (x3 = 111) Then x0 = 111 End If If (x1 = x0) Then t = timegettime Matriz(count) = t count = count + 1 x3 = 111 End If Beep 'x1 = Inp32(PortAddress) ' If (x_controle = x1) Then

16 16 ' Else ' t = timegettime ' Matriz(count) = t ' count = count + 1 Worksheets("Coleta dados").cells(25, 3).Value = count ' End If 'x_controle = x1 'atualiza dados na porta 1000) tempo1 = ((timegettime) - tempo0) Worksheets("Coleta dados").cells(32, 3).Value = tempo1 Worksheets("Coleta dados").cells(28, 3).Value = (((timegettime) - t) / Worksheets("Coleta dados").cells(30, 3).Value = (tempo1 / ) Loop count = 0 Calculos End Sub Sub Calculos() '//////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 'determinação dos intervalos de tempos para "s" dt0 = (Matriz(0) - tempo0) / 1000 dt1 = (Matriz(1) - Matriz(0)) / 1000 dt2 = (Matriz(2) - Matriz(1)) / 1000 dt3 = (Matriz(3) - Matriz(2)) / 1000 dt4 = (Matriz(4) - Matriz(3)) / 1000 'converte unidade "ms" '//////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 'determinação das posições

17 17 s1 = ActiveSheet.Range("C36").Value s2 = ActiveSheet.Range("C37").Value s3 = ActiveSheet.Range("C38").Value s4 = ActiveSheet.Range("C39").Value s5 = ActiveSheet.Range("C40").Value '//////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 'calculos das velocidades v1 = s1 / dt0 v2 = (s2 - s1) / dt1 v3 = (s3 - s2) / dt2 v4 = (s4 - s3) / dt3 v5 = (s5 - s4) / dt4 '//////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 'acelerações calculadas a partir da equação ( S=So+Vot+at²/2) a_1 = ((2 * s1) / (dt0 * dt0)) 'pq v0 e s0 = zero a_2 = ((2 * (s2 - s1 + (v1 * dt1))) / (dt1 * dt1)) a_3 = ((2 * (s3 - s2 + (v2 * dt2))) / (dt2 * dt2)) a_4 = ((2 * (s4 - s3 + (v3 * dt3))) / (dt3 * dt3)) a_5 = ((2 * (s5 - s4 + (v4 * dt4))) / (dt4 * dt4)) '//////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 'acelerações calculadas a partir da relação (a= dv/dt) a1 = (v1) / dt0 a2 = (v2 - v1) / dt1 a3 = (v3 - v2) / dt2 a4 = (v4 - v3) / dt3 a5 = (v5 - v4) / dt4

18 18 '//////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 'poe os dados na planilha ActiveSheet.Range("D11").Value = (Matriz(0) - tempo0) / 1000 ActiveSheet.Range("D16").Value = (Matriz(1) - tempo0) / 1000 ActiveSheet.Range("D21").Value = (Matriz(2) - tempo0) / 1000 ActiveSheet.Range("D26").Value = (Matriz(3) - tempo0) / 1000 ActiveSheet.Range("D31").Value = (Matriz(4) - tempo0) / 1000 ActiveSheet.Range("E11").Value = dt0 ActiveSheet.Range("E16").Value = dt1 ActiveSheet.Range("E21").Value = dt2 ActiveSheet.Range("E26").Value = dt3 ActiveSheet.Range("E31").Value = dt4 ActiveSheet.Range("F11").Value = v1 ActiveSheet.Range("F16").Value = v2 ActiveSheet.Range("F21").Value = v3 ActiveSheet.Range("F26").Value = v4 ActiveSheet.Range("F31").Value = v5 ActiveSheet.Range("G11").Value = a1 ActiveSheet.Range("G16").Value = a2 ActiveSheet.Range("G21").Value = a3 ActiveSheet.Range("G26").Value = a4 ActiveSheet.Range("G31").Value = a5 ActiveSheet.Range("H11").Value = a_1 ActiveSheet.Range("H16").Value = a_2 ActiveSheet.Range("H21").Value = a_3 ActiveSheet.Range("H26").Value = a_4 ActiveSheet.Range("H31").Value = a_5

19 19 End Sub

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