Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova
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Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A AL 2.1-OSCILOSCÓPIO Trabalho realizado por: Dulce Feraz nº.3 Hélio Pereira nº.6 Jenifer Afonso nº.7 1 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A Índice: Objectivo..........................................................................................................3 Introdução........................................................................................................3 Material e equipamento...................................................................................4 Procedimento experimental - 1ªparte:pré-ajuste dos comandos...................................................................4 - 2ªparte:medição de tensões contínuas...........................................................5 - 3ªparte:medição de tensões alternas..............................................................5 -4ªparte:registo de voz.....................................................................................6 Registo de observações.....................................................................................7 Conclusão.......................................................................................................11 Bibliografia.....................................................................................................15 2 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A Actividade laboratorial 2.1- Osciloscópio Objectivo: Realizar algumas medições com o osciloscópio. Visualizar ondas sonoras e determinar directamente o período e a tensão do sinal e, indirectamente, determinar a frequência. Compreender a versatilidade deste instrumento. Introdução: O osciloscópio é um instrumento de medida destinado a visualizar um sinal eléctrico. Como muitas grandezas físicas são medidas através de um sinal eléctrico, e o osciloscópio é um instrumento muito sensível à tensão, permite obter os valores instantâneos de sinais eléctricos rápidos, a medição de tensões e correntes eléctricas, e ainda frequências e diferenças de fase de oscilações. O osciloscópio é um aparelho indispensável em vários domínios, desde a Física Experimental à Electrónica e à Medicina. Ao contrário de outros aparelhos, que apenas nos fornecem um valor numérico (é o caso dos amperímetro, por exemplo), o osciloscópio permite-nos visualizar toda uma série de fenómenos mesmo quando variam rapidamente no tempo. É esta possibilidade que lhe confere a sua importância na investigação moderna. Nesta experiência vamos perceber a distinção entre tensões continuas e alternadas, visualizar e caracterizar ondas sonoras. Material e equipamento: 3 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A Osciloscópio; Fonte de tensão contínua; Fonte de tensão alternada; Multímetro; Microfone; Fios de ligação; Ponta de prova. Procedimento experimental: 1ªparte: Pré-ajuste dos comandos: Ecrã Sistema horizontal Sistema vertical Sistema sincronismo POWER: On TIME/DIV: Meio da escala MODE: CH1 MODE: AUTO INTENSITY: Meio da escala SWP/VAP: Desligado posição de “calibrado” AC-GND-DC: GNDposição do traço SOURCE: INT FOCUS: Meio da escala POSITION: Meio da escala POSITION: Meio do ecrã LEVEL: Meio da escala AC-GND-DC: DC-sinal s/filtragem da componente DC INT TRIG: CH1 VAR/PULL: Desligado posição de “calibrado” VOLTS/DIV: Meio da escala 4 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A 2ªparte- Medição de tensões continuas: 2.1- Medição da tensão aos terminais da fonte de alimentação Regulamos o botão do multímetro para funcionar como voltímetro; Colocamos o multímetro em DC; Regulamos a tensão para 10V; Ligamos o multímetro, em paralelo, à fonte de alimentação em DC; Medimos a tensão no multímetro; Desligamos o voltímetro. 2.2- Medição da tensão no osciloscópio 1. 2. 3. 4. 5. 6. Verificamos se o sinal se encontra em cima da linha da escala; Ligamos a ficha BNC da ponta de prova ao CH1 do osciloscópio; Verificamos o factor de amplificação da ponta de prova (X10 ou X1); Ligamos a ponta de prova à fonte de alimentação; Colocamos o comando AC-GND.DC em DC; Medimos a diferença de potencial. 3ªparte- Medição de tensões alternadas: 3.1- Medição da tensão aos terminais da fonte de alimentação Regulamos o botão do multímetro para funcionar como voltímetro; Colocamos o multímetro em AC; Ligamos a fonte de alimentação e regulamos a tensão para 10V; Ligamos o multímetro, em paralelo, à fonte de alimentação; Regulamos a na fonte de alimentação até aparecer 10V; Desligamos o voltímetro. 3.2- Medição da tensão no osciloscópio 5 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Pré-ajustamos os comandos; Ligamos a entrada BNC da ponta de prova ao CH1 do osciloscópio; Colocamos o factor de amplificação da ponta de prova em X1 ou X10; Ligamos a ponta de prova à fonte de alimentação em AC; Colocamos o comando AC-GND-DC em AC ; Medimos a tensão pico a pico; Calculamos o valor da tensão eficaz; Medimos o período do sinal; Escrevemos a expressão V=Vmax sin(wt). 4ªparte- Registo de voz 1. Ligamos um microfone ao CH1 do osciloscópio; 2. Emitimos sons correspondentes a letras (a,e,i,o,u) e o nome de um elemento do grupo. 6 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A Registo de observações: U/V Medida no osciloscópio Medida no voltímetro Fonte DC 12,5 12,07 Fonte AC 10 10 Incerteza: 0,5 Período(T/s) Amplitude(A) Frequência(f/Hz) Fonte AC 10 10 100 - V=Vmax sin(wt) V=10sin(2πf⨯t) V=10sin(628t) A E I 7 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A O U A comparação do espectro sonoro das cinco vogais mostra que a , e, o são vogais fortes, i e o u são vogais fracas . Fig.1- Tensão alternada Fig.3- Montagem experimental Fig.2-Tensão contínua 8 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A QUESTÕES Note que, para se medir uma tensão, a ligação entre a fonte de tensão e o osciloscópio tem de ser em paralelo. Porquê? R: A ligação entre a fonte de tensão e o osciloscópio tem de ser em paralelo para que a tensão seja a mesma através de qualquer componente que esteja conectado em paralelo e evitando assim dissipação de energia. Ligou-se uma fonte de tensão contínua (que produz corrente contínua) ao osciloscópio. A «linha de base», que estava centrada no ecrã, deu um «salto», vertical, correspondente a 2.5 divisões, utilizando a escala 2V/divisão. Indique a tensão fornecida pela fonte. R: Tensão=2⨯2.5=5V Em seguida fez-se o mesmo tipo de ligação mas uma fonte de tensão alternada (que produz uma corrente alternada), observando-se um sinal sinusoidal. A tensão é variável no tempo e dada por V=Vmax sin(wt), onde Vmax é a amlplitude da onda observada no ecrã. Fez-se a medição da distância pico a pico, isto é, do máximo ao mínimo, para minimizar erros experimentais, e obteve-se 3.6 divisões para uma escala 5V/divisão. Indique o valor de Vmax. 9 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A R: Tensão=5⨯3.6=18V Ao associar em paralelo a fonte de tensão alternada anterior a um voltímetro, verifica-se que o valor registado no aparelho não coincide com Vmax, mas é inferior. A tensão medida no voltímetro é denominada tensão eficaz. Por exemplo a tensão alternada fornecida às nossas casas tem um valor eficaz de 230V, o que significa que a potência média cedida é igual à de uma fonte de tensão contínua de 230V. A tensão eficaz, relaciona-se com a tensão máxima através da expressão Vef=Vmax/2. Qual seria o valor lido num voltímetro que medisse a tensão fornecida pela fonte de tensão alternada da alínea anterior? R: Vef=270/2=135V A expressão V=Vmax sin(wt) caracteriza o sinal sinusoidal observado no ecrã do osciloscópio. Como determinar a frequência? Após estabilizar um sinal no ecrã, podemos medir um intervalo de tempo a partir da escala horizontal e do botão BASE DE TEMPO do osciloscópio (TIME/DIV), que indica o tempo que o feixe de electrões demora a percorrer a maior divisão da escala horizontal (pode ser expresso em s, ms). O tempo mede-se da seguinte forma: tempo= nº. de divisões na escala horizontal ⨯ tempo/divisão. Por exemplo, se dois ciclos completos da onda corresponderem 5 divisões na escala horizontal e a base desse tempo indicar 2ms/ div, o tempo é 5⨯ 2 ms= 10ms. Este é o tempo de dois completos, isto é, dois períodos. Logo, T=5 ms e f=200Hz. Considere um sinal, onde meio ciclo corresponde a 4.8 divisões e a base de tempo 5 s/div. Qual é o período do sinal? Escreva a expressão V=Vmax sin(wt) para este sinal, substituído os valores da amplitude e da frequência. R: O período do sinal é 24s. V=24sin(0,25t) Cálculos: T=4.8⨯5=24s f=1/24=0,04Hz w=ϴ⨯f w=2π⨯0,04 10 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A Conclusão: “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” O som tem origem na vibração de partículas ou corpos. A onda sonora é então uma onda mecânica: necessita de um meio material para se propagar. Assim, não há som no vácuo, visto não haverem partículas que possam vibrar. Na origem de um som está sempre a vibração de um corpo. A vibração consiste em movimentos do corpo, por vezes imperceptíveis, mas suficientes para causar uma perturbação no meio em redor (normalmente, o ar). No caso da voz humana, resulta das vibrações das cordas vocais, cujos músculos podem esticar mais ou menos, o que lhes permite vibrar de formas diferentes – tanto em frequência (nº de ondas por unidade de tempo) como em amplitude (oscilação da onda relativamente à sua posição média) - quando o ar passa por elas. Além das cordas vocais contribuem também para a produção da voz o nariz e a boca, bem como os pulmões. A intensidade do som é a característica que permite distinguir um som forte de um som fraco. Um som forte, mais intenso, pode ser ouvido a maior distância que um som fraco. Um som é tanto mais intenso quanto maior for a amplitude da sua oscilação. No entanto, a intensidade depende também da frequência da onda. A altura do som está directamente relacionada com a frequência da onda sonora: um som é tanto mais alto quanto maior for a sua frequência. Um som alto, com maior frequência, será mais agudo que um som baixo, grave. Logo, assim como a frequência e a amplitude da onda sonora são determinadas pela frequência e a amplitude da fonte sonora, é também ela que determina a intensidade e a altura da onda. No entanto, existe outra característica da onda sonora que é extremamente importante: havendo dois instrumentos diferentes que tocam a mesma nota (emitem um som 11 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A com a mesma frequência), como nos é possível distingui-los pelo som? Os dois instrumentos têm timbres diferentes. O timbre resulta da combinação de um som fundamental e dos seus harmónicos. Um som fundamental ou simples é emitido, por exemplo, pelo diapasão. Ao vibrar, ele emite uma onda harmónica, isto é, com um só comprimento de onda e com uma frequência bem definida. Porém, quase todos os outros sons não são simples, mas sim complexos: a onda que emitem não tem uma frequência bem definida. Aquilo que confere características particulares ao som de um instrumento musical ou de uma voz humana é então 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 entra no som resultante. É então esta a característica que pode permitir um sistema de reconhecimento por voz: o timbre, graças ao qual todos temos vozes diferentes, e únicas, tal como as nossas impressões digitais. Este sistema de reconhecimento por voz implica, antes de tudo, um microfone, que irá converter o nosso sinal sonoro num sinal eléctrico com a mesma informação. O sinal eléctrico é de seguida transmitido para um osciloscópio digital, no qual o sinal eléctrico é digitalizado por um conversor analógico-digital. O sinal digital forma agora um conjunto de informações que serão processadas por um microprocessador, e comparadas com outras informações do mesmo tipo que se encontram na memória digital do osciloscópio, ou num computador a ele ligado. Essas informações consistem noutras gravações de voz, entre as quais se encontra, possivelmente, a nossa. A comparação é feita ao nível do som emitido, e também pode ser feita ao nível de uma frase ou palavra específica a ser dita pela pessoa a identificar. Ao encontrar uma gravação cujo código binário seja semelhante ao nosso, um determinado sistema ligado ao osciloscópio irá dar-nos acesso àquilo que pretendíamos, e que não conseguiríamos obter sem este sistema de identificação. Ao contrário daquilo que se possa pensar, este sistema é fiável, e pequenas alterações na nossa voz não nos impedem de o utilizar. A voz humana é constituída por sons nasais e 12 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A por sons vocálicos. Mesmo que a pessoa a ser identificada esteja constipada, ou rouca, verificou-se em sistemas deste tipo que as altas frequências sofrem poucas variações, não interferindo no reconhecimento da voz. É necessário também que a gravação de voz que está na memória digital do osciloscópio/computador tenha sido repetida e gravada várias vezes, para que o aparelho possa eliminar pequenos erros, por meio da comparação, que poderiam dificultar a identificação da voz. 13 Escola Básica e Secundária do Baixo Barroso Venda Nova- Montalegre 2009/2010 Disciplina: Física-Química A Bibliografia: http://www.prof2000.pt/users/labcom/ http://www.del.ufms.br http://fisica.uems.br 14
