A.L.2.1 OSCILOSCÓPIO

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1 A.L.2. OSCILOSCÓPIO FÍSICA.ºANO QUESTÃO-PROBLEMA Perante o aumento da criminalidade tem-se especulado sobre a possibilidade de formas de identificação, alternativas à impressão digital. Uma dessas formas poderia ser pela voz. Utilizando um osciloscópio propor um método que permita concretizar a identificação individual desse modo. Pretende-se com esta actividade que os alunos aprendam a utilizar um osciloscópio e a extrair informação diversa da representação gráfica que vêem no ecrã (diferenças de potencial em função do tempo). PREPARAÇÃO PRÉVIA Os alunos terão de rever os conceitos de diferença de potencial e intensidade de corrente, bem como a montagem de circuitos simples.

2 TRABALHO LABORATORIAL MATERIAL (POR GRUPO) Material e equipamento Quantidades Altifalante Diapasão Fios de ligação T Gerador de funções 2 Microfone Osciloscópio 2

3 PROCEDIMENTOS Segundo as orientações do programa oficial, os alunos deveriam: montar dois circuitos com lâmpadas idênticas, um alimentado por um gerador de tensão contínua e outro de tensão alternada; ligar os terminais de cada lâmpada, utilizando os dois canais do osciloscópio e ajustar as tensões de modo a que as lâmpadas tenham o mesmo brilho; medir, com o osciloscópio a tensão contínua e o valor máximo da tensão alternada e com um voltímetro a tensão nos terminais das lâmpadas, comparando-os. medir períodos e calcular frequências dos sinais obtidos com um gerador de sinais, comparando-os com os valores nele indicados comparar amplitudes e frequências de sinais sonoros convertidos em sinais eléctricos, utilizando um gerador de sinais, um altifalante e um microfone. No entanto, devido a constrangimentos de tempo e outros, foi elaborado um procedimento alternativo, que privilegia a interpretação dos sinais sonoros usando o osciloscópio e o funcionamento do osciloscópio em si (uma vez que este foi primeiro contacto que os alunos tiveram com o instrumento). 3

4 I - MEDIÇÃO DE PROPRIEDADES DE SINAIS ELÉCTRICOS. Usar um cabo adequado para ligar ao canal do osciloscópio a saída de um gerador de funções. Escolher no gerador um sinal quadrado com uma frequência entre e 2 khz e uma amplitude correspondente a cerca de metade do valor máximo que o gerador pode fornecer. Fazer os seguintes ajustes nos comandos do osciloscópio: HORIZONTAL TIME/DIV 0,2 ms/div VARIABLE Selector metido para dentro e totalmente rodado no sentido horário POSITION X Posição do ponteiro das horas às 0:30 TRIGGER HOLD NORM LEVEL 0 SLOPE + MODE AUTO SOURCE CH VERTICAL MODE CH CH VOLTS/DIV CH AC/GND/DC 0,2 V/Div AC CH POSITION Ponteiro das horas às 09:00 2. Nesta fase deve observar-se uma imagem estável de uma onda quadrada. Se tal não acontecer, verificar a posição dos selectores. Ajustar se necessário a intensidade e a focagem do feixe de electrões (botões INTEN e FOCUS). 3. Colocar o selector AC/GND/DC do canal na posição GND e rodar o botão POSITION até alinhar o traço luminoso com a linha central da grelha. Observar o que acontece quando coloca o selector AC/GND/DC na posição DC. Voltar a colocar na posição AC. Registar o que acontece nas três posições. 4

5 4. Observar o que acontece quando: Se escolhe outros valores para a escala vertical (VOLTS/DIV) Se escolhe outros valores para a base de tempo (TIME/DIV) 5. Voltar às escalas iniciais e fazer um desenho à escala deste sinal no esquema da folha de registo. Determinar a amplitude, a tensão pico a pico, o período e a frequência desta onda. Ter em atenção que a medição será tanto mais rigorosa quanto maior for o número de divisões que for usado para ler a grandeza que se está a determinar. 6. Usar um cabo adequado para ligar ao canal 2 do osciloscópio a saída de um gerador de funções. Escolher no gerador um sinal sinusoidal com uma frequência entre e 2 khz e uma amplitude correspondente a cerca de metade do valor máximo que o gerador pode fornecer. Escolher CH2 nos selectores TRIGGER: SOURCE e VERTICAL: MODE. Escolher V/Div no selector VOLTS/DIV do canal 2, colocar o botão POSITION Y às 2:00 e o acoplamento de entrada do canal 2 em DC. 7. Fazer um desenho do sinal observado no esquema da folha de registo. Determinar a amplitude, a tensão pico a pico, o período e a frequência da onda produzida pelo gerador. 8. Se não se estiver a observar o início da imagem produzida pelo varrimento do feixe de electrões, rodar o botão POSITION X para a direita até observar o início da imagem luminosa. 9. Colocar o selector VERTICAL: MODE em DUAL e observar. Alternar o selector TRIGGER: SOURCE entre as posições CH e CH2 e observar o que acontece. Registar o sucedido e explicar. 5

6 II - MEDIÇÃO DE FREQUÊNCIAS E INTENSIDADES SONORAS. Configurar o osciloscópio para visualizar o sinal sinusoidal do ponto anterior, cuja frequência, período e tensão pico a pico já foi determinada (passo 7). 2. Ligar a saída do gerador de sinais a um T que simultaneamente liga ao osciloscópio e a um altifalante. 3. Alterar a frequência do sinal, do gerador de sinais, e verificar o que acontece no sinal no osciloscópio. Comparar com o que acontece em termos sonoros. 4. Regista o menor valor de frequência que conseguiu ouvir. 5. Registar o maior valor de frequência que conseguiu ouvir. 6. Ligar um microfone ao osciloscópio e produzir um som com um diapasão. 6

7 7. Determinar a frequência do sinal que visualiza no osciloscópio. Comparar essa frequência com a frequência marcada no diapasão. 8. Utilizando a voz, emitir sons correspondentes a letras ou assobios sobre o microfone e visualizar no osciloscópio. O procedimento deve ser repetido por outro colega. Registar as observações. 7

8 REGISTO, TRATAMENTO E DISCUSSÃO DE DADOS Foi construída uma folha de registo para os alunos fazerem os registos da actividade. I.3 O sinal em AC é semlhante ao DC mas em menores valores de Com GND vê-se uma linha horizontal, no zero. Não há passagem de corrente. I.5 2,5 2, ,2 m 000 I.7 3,4 3,4 6,8 6,8 4,8 0,2 m 0, I.9 A variação no MODE para DUAL permite ver os dois sinais (do CH e do CH2) em simultâneo, mas com apenas um deles focado, de acordo com a selecção no TRIGGER. II.3 Quanto maior a frequência do som, mais agudo ele é. II.4 f min =28Hz 8

9 II.5 f máx =9 MHz II.7! = 4,5 0,5ms/div = 2,25ms! =! = = 444,4 Hz 2,25 0!! Este valor é bastante próximo do valor marcado no diapasão, 440Hz, devendo-se a diferença provavelmente a erros experimentais. II.8 Aquilo que confere características particulares ao som de um instrumento musical ou de uma voz humana é o número de harmónicos (som puro cuja frequência seja um múltiplo inteiro de uma dada frequência) que intervêm e a proporção com que cada um contribui para o som resultante. Assim esperar-se-ia que os sinais de cada aluno fosse distinguíeis, apesar de na prática não se terem observado diferenças significativas. CONSIDERAÇÕES. O protocolo deveria ter contemplado o conceito de tensão eficaz. BIBLIOGRAFIA Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., Paiva, J., & Ferreira, A. J. (2009). F - Física e Química A - Física - Bloco 2 -.º/2.º ano. Lisboa: Texto Editores, Lda. Martins, I. P., & al., e. (2003). Programa de Física e Química A, º ou 2º anos. Ministério da Educação. 9