O experimento “curva de luz” do Laboratório Remoto de Física: uma proposta de atividade investigativa contextualizada epistemologicamente

Caetano, Thiago Costa

doi:10.1590/1806-9126-RBEF-2021-0169

Thiago Costa Caetano ^** Endereço de correspondência: tccaetano@unifei.edu.br

Universidade Federal de Itajubá, MG, Brasil.

http://orcid.org/0000-0002-2304-487X

* Endereço de correspondência: tccaetano@unifei.edu.br

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Figura 1:
Esquema de montagem do regulador de tensão para o experimento “Curva de luz”. Foi utilizado um L7805 (item A) e a fonte de alimentação foi ajustada para 9.00 volts e 2.00 amperes (SI). O capacitor mostrado na figura (item B) é um capacitor cerâmico de 100 nF e sua função é melhorar a resposta transiente do sistema. Um multímetro (não faz parte do circuito) foi inserido na figura apenas para mostrar a tensão de saída: 5,00 volts. A figura foi elaborada com auxílio da plataforma TinkerCAD .

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Figura 2:
Circuito contendo o regulador de tensão mostrado na Figura e duas placas do tipo Arduino UNO que se comunicam utilizando o protocolo I²C. A placa da direita está configurada no modo master e é alimentada pelo cabo USB conectado ao computador. A placa da esquerda está configurada no modo slave e é alimentada pelo L7805.

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Figura 3:
Diagrama da montagem completa do experimento “Curva de luz”. O item A é uma fonte de alimentação de corrente contínua, ajustada para 9,00 volts e 2 amperes. O item B é um potenciômetro de 10 kΩ que permite calibrar a sensibilidade do sensor LDR em D. O item C é um resistor pull-down, conectado ao terminal IN do relê de acionamento da lâmpada. O Arduino mostrado à direita é o master e o da esquerda é o slave . A região E da linha tracejada representa os itens que estão mantidos no interior da caixa escura.

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Figura 4:
Gráfico da tensão em função do tempo. A linha contínua preta indica o comportamento da tensão elétrica alternada da rede do laboratório. Os valores, em volts, foram normalizados e estão expressos no intervalo [−1.0; 1.0]. Os pontos pretos indicam as passagens pelo zero. A linha tracejada vermelha representa os valores calculados para o ciclo de trabalho da lâmpada entre duas passagens sucessivas pelo zero e a linha sólida verde representa a função da Equação () com k igual a 4. O gráfico corresponde a um caso particular em que o período de oscilação da lâmpada é de 40 ms.

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Figura 5:
Gráficos da tensão por tempo semelhantes ao da Figura . As áreas sombreadas representam os intervalos de tempo em que há passagem de corrente pelo circuito. Diferentes valores para o ciclo de trabalho foram considerados. A linha contínua verde considera um período de oscilação de 40 milissegundos.

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Figura 6:
Interface do experimento “Curva de luz”, disponível através do endereço https://labremoto.unifei.edu.br/src/curva-de-luz.php.

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Figura 7:
À esquerda – gráfico construído com dados coletados através do experimento “Curva de luz”. Foram feitas 50 medidas por unidade de tempo durante um intervalo de 16 “dias” e o período da oscilação da fonte é de 4 “dias”. À direita – gráfico do comportamento da magnitude medida na banda I para uma estrela Cefeida clássica da Grande Nuvem de Magalhães [³⁵35. N.R. Tanvir, M.A. Hendry, A. Watkins, S.M. Kanbur, L.N. Berdnikov e C.C. Ngeow, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 363, 749 (2005). ].

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Figura 8:
À esquerda: interface principal do programa FT. À direita: interface da opção settings, que permite ao usuário alterar as configurações do programa.

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Figura 9:
Gráfico das magnitudes absolutas médias pelo logaritmo do período de pulsação dos objetos da .

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Figura 10:
Resultado do ajuste realizado pelo FT para a curva de luz obtida em termos de magnitudes aparentes para um objeto com distância desconhecida.

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Quadro 1:
Controles disponíveis no painel de controle da interface web do “Curva de luz”.

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Tabela 1
Resultados dos ajustes realizados com o FT para 20 curvas de luz fornecidas pelo experimento “Curva de luz” do labremoto^* * Os dados coletados e os resultados das análises (gráficos, logs…) estão disponíveis em https://labremoto.unifei.edu.br/materials/lightCurve/curva_luz_dados_resultados_periodo_luminosidade.zip .

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

	Tipo	Título	Ação
1	Switch	Liga/desliga	Liga ou desliga a lâmpada do experimento.
2	Switch	Absoluta/relativa	Define se as medidas feitas devem ser fornecidas em termos da magnitude absoluta ou da magnitude aparente da fonte.
3	Botão	Gerar período	Escolhe um valor aleatório para o período de oscilação da lâmpada.
4	Botão	Realizar medidas	Inicia a coleta de dados. São feitas N medidas por unidade de tempo durante um intervalo de tempo T . O valor de N é determinado pelo controle da linha 5 e o tempo T é determinado pelo controle da linha 6 deste quadro.
5	Knob	Período	Determina um período, em dias^* * O experimento emprega um fator de escala para o tempo em que 1 dia corresponde a 1 segundo em nossa escala de tempo. , para a oscilação da lâmpada. São permitidos valores inteiros no intervalo de 1 a 30 dias^* * O experimento emprega um fator de escala para o tempo em que 1 dia corresponde a 1 segundo em nossa escala de tempo. .
6	Knob	Amostragem	Determina a quantidade N de medidas que devem ser realizadas por unidade de tempo. Os valores disponíveis são número inteiros no intervalo [10; 50].
7	Knob	Intervalo	Determina a duração T, em dias^* * O experimento emprega um fator de escala para o tempo em que 1 dia corresponde a 1 segundo em nossa escala de tempo. , da coleta de dados. Os valores permitidos são números inteiros no intervalo [2; 60].

	$M \overset{* *}{v}$ (mag)	σ (mag)	P (dias)	σ (dias)	B (mag)	σ (mag)	F (dias)	σ (dias)
1	-4.495	0.000	12.005	0.002	-0.162	0.001	3.486	0.003
2	-4.134	0.001	9.052	0.001	-0.161	0.002	6.000	0.003
3	-3.157	0.002	4.003	0.000	-0.159	0.002	1.282	0.002
4	-3.835	0.001	7.006	0.002	-0.160	0.001	1.775	0.001
5	-4.466	0.002	12.009	0.009	-0.160	0.000	3.284	0.001
6	-5.369	0.000	24.759	0.030	-0.162	0.001	16.977	0.002
7	-4.380	0.000	11.010	0.005	-0.158	0.002	6.644	0.001
8	-4.583	0.005	12.192	0.007	-0.140	0.004	0.000	0.016
9	-3.992	0.001	8.003	0.007	-0.158	0.001	3.939	0.002
10	-4.339	0.041	10.977	0.036	-0.154	0.007	6.992	1.356
11	-4.138	0.001	9.001	0.004	-0.160	0.002	6.220	0.001
12	-4.464	0.001	12.005	0.008	-0.159	0.001	5.461	0.002
13	-2.773	0.001	3.003	0.001	-0.155	0.002	1.232	0.001
14	-3.116	0.001	4.004	0.001	-0.152	0.001	1.511	0.002
15	-4.546	0.001	11.827	0.031	-0.136	0.001	0.007	0.122
16	-4.239	0.000	10.013	0.005	-0.155	0.002	1.743	0.002
17	-2.274	0.004	2.001	0.001	-0.142	0.002	2.769	0.008
18	-4.457	0.003	13.154	0.061	-0.128	0.002	8.000	0.149
19	-2.759	0.001	3.004	0.001	-0.153	0.000	2.161	0.001
20	-3.384	0.001	5.009	0.002	-0.154	0.001	2.114	0.000

{\delta}^{2}_{i}=\sum^{Z-1}_{j=0}{{\left\{y_{j}-\left[a_{i}+b_{i}\sum^{k}_{n=1% }{\frac{1}{n}sen\left(\frac{2\pi n(t_{j}-f_{i})}{p_{i}}\right)}\right]\right\}% }^{2}}

[1] * Endereço de correspondência: tccaetano@unifei.edu.br

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O experimento “curva de luz” do Laboratório Remoto de Física: uma proposta de atividade investigativa contextualizada epistemologicamente

The “light curve” experiment of the Physics Remote Laboratory: a proposal of an investigative activity epistemologically contextualized