MiniLabEletroMag-RA. Raryel C. Souza, Claudio Kirner. DMC Depto. de Matemática e Computação. UNIFEI Universidade Federal de Itajubá

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1 MiniLabEletroMag-RA Raryel C. Souza, Claudio Kirner DMC Depto. de Matemática e Computação UNIFEI Universidade Federal de Itajubá s: {raryel.costa, ckirner}@gmail.com 1 Visão geral Alguns conceitos de eletromagnetismo, por serem relativamente abstratos e tipicamente tridimensionais, requerem mais esforço dos alunos para serem entendidos. Quando combinados com a forma tradicional de apresentação, usando meios bidimensionais como o quadro-negro ou a projeção de figuras estáticas, o que resulta frequentemente em um aluno ter de recorrer a muita imaginação para entender o que está sendo explicado, a apresentação pode gerar ainda mais dificuldades. Essa aplicação visa justamente auxiliar no aprendizado de alguns conceitos de eletromagnetismo, mais especificamente, conceitos de corrente elétrica, circuitos elétricos, o campo magnético gerado pela passagem de corrente elétrica por um fio retilíneo e a experiência de Oersted. A aplicação é tanto interativa (permite que o usuário faça experimentos práticos) como dinâmica (a aplicação é animada). A ideia é que ela possa ser usada tanto por professores (como uma ferramenta auxiliar nas suas aulas) como pelos alunos (para revisarem os conceitos em casa através das explicações em áudio e refazendo os experimentos conduzidos em sala de aula). 2 Preparação para uso da aplicação 2.1 Requisitos de hardware Webcam devidamente instalada e configurada. 2.2 Requisitos de software Adobe Flash Player Plugin: Outros requisitos Para usar a aplicação, o primeiro passo é imprimir os marcadores disponíveis no arquivo marcadores.doc ou marcadores.pdf e recortá-los. Também é necessário imprimir o diagrama de circuito elétrico disponível no arquivo diagrama.pdf e unir as duas metades com cola ou fita adesiva. Para melhores resultados recomenda-se colá-los sobre um tipo papel mais firme como papelão, papel-paraná ou cartolina.

2 2.4 Recomendações Para maior estabilidade da detecção dos marcadores e para maximizar a área de trabalho disponível recomenda-se que a webcam esteja ajustada num ângulo semelhante ao da figura 1. Figura 1: Ângulo de visão recomendado para a webcam 2.5 Execução da aplicação Para executar a aplicação basta acessar a página web em que ela está disponível, ou então, caso você tenha baixado a aplicação para execução local, basta abrir o arquivo MiniLabEletroMag-RA-offline.html com seu navegador de internet (Internet Explorer, Firefox, Google Chrome, Safari, Opera, etc.). Quando a aplicação é usada online há a tendência de que o carregamento seja mais lento (os objetos virtuais podem demorar para aparecer) do que no caso do uso off-line. 3 Ambiente da aplicação O ambiente básico da aplicação é um diagrama de circuito elétrico que é aumentado com objetos virtuais interativos. Para usar a aplicação são necessários três marcadores: um para a exibição do circuito elétrico (marcador do circuito elétrico), outro para a exibição da bússola (marcador da bússola) e um terceiro usado para interagir com o circuito sem utilizar teclado ou mouse (marcador de interação). Este último pode ser utilizado para ligar/desligar o circuito elétrico, inverter o sentido da bateria e ativar/desativar a bússola (ver figura 2).

3 Figura 2: Ambiente da aplicação Na figura 3, é possível visualizar o estado inicial do circuito elétrico virtual da aplicação. O retângulo maior no lado direito é a área de teste do campo magnético. Ele é usado na simulação da experiência de Oersted. Desenho do Circuito Circuito após ativação da aplicação Figura 3: Estado inicial da aplicação

4 4 Instruções de uso 4.1 Uso do marcador de interação Para usar o marcador de interação basta tocar a esfera virtual associada a ele em uma das áreas de interação disponíveis: o retângulo sob o interruptor, o retângulo sob a bateria, a esfera associada ao marcador da bússola (quando a bússola está desativada) ou no centro do marcador da bússola (quando a bússola está ativada). Um exemplo de uso do marcador de interação é exibido na figura 4. Antes Depois 4.2 Recursos da aplicação Figura 4: Uso do marcador de interação Introdução teórica em áudio Para suprir o usuário com uma base teórica mínima para o uso da aplicação, são incluídas cinco breves narrações em áudio sobre a utilização da aplicação e sobre os principais conceitos físicos envolvidos. Para ouvi-las basta pressionar uma das teclas de 1 a 5 (do teclado não alfanumérico): 1 : Introdução à aplicação MiniLabEletroMag-RA 2 : Instruções de navegação 3 : Explicação sobre corrente elétrica 4 : Explicação sobre circuitos elétricos 5 : Explicação sobre a experiência de Oersted Alternar entre os modos de visão normal e detalhado O usuário tem dois modos de visão disponíveis: Normal: o usuário tem a mesma profundidade de visão de um observador real vendo um circuito elétrico real: não é possível ver nem o sentido de movimentação dos elétrons nem as linhas de indução do campo magnético ao redor de uma seção do fio retilíneo. Detalhado: o usuário pode ver aquilo que não pode ser visto a olho nu de um circuito elétrico real: o sentido de movimentação dos elétrons e as linhas de indução do campo magnético ao redor de uma seção do fio retilíneo.

5 Para alternar entre esses modos de visão basta pressionar a tecla v (minúsculo) Ligar e desligar o circuito elétrico Para ligar e desligar o circuito elétrico o usuário tem duas opções: 1. Usando o teclado: basta pressionar a tecla l (L minúsculo). 2. Usando o marcador de interação: basta usar o marcador de interação no retângulo sob o interruptor virtual Inverter o Sentido da Corrente Elétrica Para inverter o sentido da corrente elétrica o usuário também tem duas opções de: 1. Usando o teclado: basta pressionar a tecla i (minúsculo). 2. Usando o marcador de interação: basta usar o marcador de interação no retângulo sob o a bateria Alternar a visibilidade da bússola A bússola é usada para simular o experimento de Oersted. Para alternar a visibilidade da bússola há duas opções: 1. Usando o teclado: basta pressionar a tecla b (minúsculo). 2. Usando o marcador de interação: Caso a bússola esteja ativada, basta usar o marcador de interação no centro da bússola. Caso a bússola esteja desativada, basta usar o marcador de interação na esfera associada ao marcador da bússola Simular a experiência de Oersted O primeiro passo para simular a experiência de Oersted é ativar a bússola. O sentido indicado pela extremidade vermelha da bússola indica o sentido do vetor indução magnética ao redor da seção do fio. Basta colocar a bússola sobre a área de teste do campo magnético e aguardar sua estabilização (ver figura 5). Pode-se então desligar/ligar o circuito elétrico ou inverter o sentido da corrente elétrica para se verificar os efeitos que essas alterações têm sobre o comportamento do campo magnético ao redor do fio.

6 Figura 5: Bússola sobre a área de teste Fora da área de teste, a bússola se alinha com o campo magnético convencionado para o cenário (relativo ao marcador com o circuito elétrico) Ativar e desativar o tutor sonoro De forma a facilitar o entendimento e melhorar a fixação dos conceitos, cada interação do usuário (por exemplo, ligar o circuito elétrico, inverter o sentido da corrente elétrica, etc.) ativa uma narração em áudio que explica os efeitos dessa interação sobre o circuito, bem como os conceitos físicos envolvidos. Para desativar as narrações o usuário basta pressionar a tecla a (minúsculo). 4.3 Resumo das funções de teclado usadas na aplicação Tecla Função 1 a 5 Narrações introdutórias em áudio v Alternar entre os modos de visão l (L minúsculo) Ligar/desligar o circuito elétrico i Inverter o sentido da corrente elétrica b Alternar a visibilidade da bússola a Ativar/desativar o tutor em áudio