Física Computacional - FSC-5705

só um divisor

Trabalho Final de Física Computacional

Este trabalho tem por objetivo específico a obtenção do valor da aceleração da gravidade através da observação e medição,via a placa de som do computador, da queda livre de um imã dentro de um tubo de pvc.

Os objetivos gerais são porem, do ponto de vista da disciplina, mais importantes que aquele. E são a saber: uso do computador para aquisição de dados e uso dos elementos de cálculo numérico e o computador como ferramenta, via comandos e programas em python, para o posterior processamento dos dados com vistas ao objetivo especifico: a medida de $g$.

Para quem não sabe ou não entende o processo físico envolvido lhe resultará útil analisar o experimento virtual equivalente feito pelo PHET Colorado:

Laboratório de Eletromagnetismo de Faraday
Clique para Rodar

Se utilizando no lab. de Física, baixe a simulação e no terminal digite o seguinte

[usuario@python: ]# javaws faraday_pt_BR.jnlp

isso vai abrir a simulação feita em java; aqui você deve clicar na aba que diz Solenoide e mexer o imã para ver o efeito. Para as pessoas que tem ubuntu em casa você tem que ter instalado o java da oracle:

[usuario@python: ]# sudo add-apt-repository ppa:webupd8team/java8; sudo apt-get install oracle-java8-installer

Verifique que o Microfone está funcionando

No caso de computadores que estão no laboratório, a entrada para microfone fica na parte frontal do gabinete no orifício que possui o simbolo de um microfone, como mostra a figura:

A fim de preparar o sistema para a captura dos dados, devemos reduzir (ou aumentar) o "volumem" (mic) e a amplificação do (boost) do microfone. No Linux podemos fazer isso graficamente ou a traves de terminal (lembre que para abrir o terminal no ambiente gráfico instalado no lab. podemos digitar CTRL + TAB + T). No terminal temos controle sobre o microfone utilizando o programa alsamixer:

Roteiro simplificado

Sobre a gravação

Se você tem notebook próprio com Linux e quer utilizar ele para gravar os dados deve instalar o sox:

[usuario@python: ]# sudo apt-get install sox

dentro daquele pacote temos o rec que te permite gravar em .dat ou mesmo em .wav Se utiliza windows (ou mesmo Linux) tem a opção de utilizar o audacity.

Quando utiliza o audacity primeiro realize a gravação dos dados clicando no botão redondo, finalizada a queda pare a gravação com o botão quadrado. Para exportar os dados primeiro escolha a taxa de amostragem como sendo 48kHz, depois clique no item Analisar -> Sample Data Export..., isso abre a janela que aparece na figura acima à direita, pencha segundo a figura; observe que os dados serão gravados no seu diretório raiz (/home/nomeDeUsuario).

Resultados típicos

Como dito anteriormente você devera ter dados referentes à medida da separação das espiras. Como são 5 medidas para cada espira e o tubo tem 12 espiras então você terá 55 medidas, esses dados devem ser organizados em forma de tabela para ser apresentados.

Na figura acima vemos o resultado da gravação dos fem induzidas pelo imã. Essa figura foi escolhida a dedo pois em geral o resultado é bem pior do que esse, minha recomendação é que cada uma das figuras dos dados obtidos da queda do imã seja visto e caso seja muito ruim o resultado seja descartado até obter resultados próximos dos mostrados na figura acima. Algo que obviamente deve estar nos resultados é uma discussão a respeito do porque de termos esse comportamento oscilatório, para isso você deve estudar um pouco sobre lei de Faraday e a indução eletromagnética.

O nosso desejo é criar um gráfico de tempo vs distância, a separação entre as espiras da a distância e o tempo obtemos do gráfico acima, para isso é necessário que você crie um programa para retirar esses dados. Os pontos que desejamos são as separações entre os máximos (círculos laranjas na figura) ou as separações entre os pontos que cortam o eixo em $V=0$ (círculos pretos na figura), minha preferencia é esta última opção pois é o ponto onde "o imã está no centro da espira" (explicar o porque dessa afirmação!!). Em ambos dos casos se você quer que o resultado de seu trabalho seja próximo de 10, deverá fazer um programa que retire esses pontos.

Na figura acima se mostra, a esquerda, o momento em que os dados cortam o eixo de $V$ e à direita um dos máximos típicos. No caso em que corta o eixo vemos que não há ponto em $V=0$, esse é o resultado mais provável, por tanto terá que interpolar para obter esse ponto. Para o caso em que se quer trabalhar com o máximo você tem que ou aproximar a curva por uma parábola ou escolher o ponto mais próximo do máximo por alguma método que você idealize.

Você pode escolher os pontos manualmente, colocando o mouse nos pontos de máximo ou nos cruzamentos, mas obviamente a nota do projeto será menor.

Sobre a nota final

Todos os trabalhos tem que ser digitados em $\LaTeX$, isso garante que sua nota será maior do que 5. Se você utilizar algum editor de texto sua nota parte em 0, mas poderá chegar até 5. A partir desse momento serão corregidas as seguintes questões:

Formatação do trabalho, máximo +1
Figuras, tabelas, máximo +1

Aqui será verificado se o trabalho tem aspecto de um artigo científico conforme foi explicado em aula. A organização dos resultados também será avaliados. Se você apresentar um trabalho impecável e realizar todos os cálculos de forma manual poderá somar 2 pontos à valor de partida (podendo chegar até 7).

Manual, Mínimo dos programas: +1

Entregar junto os scripts que fazem ajustes + medias, utilizando as funções do numpy com a máxima iteração com o usuário, pedindo coisas como nome dos arquivos, numero de dados, etc. Os dados do tempo foram colhidos a mão com o mouse. Com isso você pode chegar até 8 se os requisitos anteriores foram atingidos.

Semi automático, metade dos programas: +1

Entregar junto os scripts que fazem ajustes + interpolações + medias, mas você cria parte das funções necessárias e ainda necessita da intervenção (em menor grau que o anterior, deve ser semi automático) do usuário, pedindo coisas como nome dos arquivos etc. Com isso você pode chegar até 9 se os requisitos anteriores foram atingidos.

Automático, metade dos programas: +1

Entregar junto os scripts que fazem ajustes + interpolações + medias, mas você cria toda as funções necessárias e somente necessita que o usuário coloque o programa na pasta onde estão os dados e de um enter para rodar o script. Com isso você pode chegar até 10 se os requisitos anteriores foram atingidos.