Descrição
O Go Direct® Motion Detector é um sensor de movimento sem contacto que utiliza tecnologia de ultrassons para medir a distância e o movimento de objetos em tempo real. É amplamente utilizado em experiências de física para analisar deslocamentos, velocidades e acelerações de corpos em movimento.
1. Características Principais
- Mede a distância do sensor ao objeto até cerca de 6 metros.
- Alta precisão e amostragem rápida (até 50 Hz).
- Funciona com ligação USB e Bluetooth.
- Compatível com o software Graphical Analysis® para recolha e análise de dados.
- Fácil de configurar e usar em aulas práticas e investigação.
- Pequeno, leve e portátil.
2. Princípio de Funcionamento
O sensor emite ondas ultrassónicas que são refletidas pelo objeto em movimento. O tempo que a onda demora a regressar ao sensor é usado para calcular a distância entre o sensor e o objeto, permitindo o rastreamento do movimento.
3. Aplicações e Atividades
Atividade 1: Medição de Deslocamento e Velocidade
Objetivo: Medir o deslocamento e a velocidade de um objeto em movimento.
Materiais:
- Sensor GDX-MD
- Computador/tablet com Graphical Analysis®
- Bola ou carrinho de brinquedo
- Pista ou superfície plana
Procedimento:
- Colocar o sensor fixo, apontado para a trajetória do objeto.
- Fazer o objeto mover-se em direção ao sensor ou afastar-se.
- Iniciar a recolha de dados no software.
- Analisar o gráfico distância vs tempo para determinar deslocamento e velocidade.
Atividade 2: Experiência de Movimento Uniforme e Uniformemente Variado
Objetivo: Analisar o movimento com velocidade constante e com aceleração constante.
Procedimento:
- Para movimento uniforme, empurrar suavemente um carrinho.
- Para movimento acelerado, deixar o carrinho descer um plano inclinado.
- Registar dados com o sensor.
- Calcular velocidades médias e acelerações a partir dos gráficos.
Atividade 3: Estudo de Ondas e Oscilações
Objetivo: Medir o movimento oscilatório de um pêndulo ou mola.
Procedimento:
- Posicionar o sensor frente ao pêndulo em movimento.
- Recolher dados de deslocamento ao longo do tempo.
- Analisar o período e amplitude do movimento.
4. Guia Técnico
Configuração
- Ligar o sensor via USB ou Bluetooth.
- Abrir o software Graphical Analysis® e selecionar o sensor Motion Detector.
- Ajustar parâmetros como frequência de amostragem.
Dicas de Uso
- Garantir que o objeto alvo está dentro do campo de deteção (até 6 metros).
- Evitar objetos que possam refletir múltiplos ecos para não distorcer a leitura.
- Posicionar o sensor perpendicularmente ao movimento para melhor precisão.
Segurança e Cuidados
- Manter o sensor limpo e evitar quedas.
- Usar em ambiente com pouca interferência sonora ultrassónica.
Guião Completo
1. Introdução
O sensor Go Direct® Motion Detector permite medir deslocamentos, velocidades e acelerações de objetos em movimento através de ondas ultrassónicas. Este guião tem como objetivo orientar a realização de experiências práticas para compreender movimentos uniformes, acelerados e oscilatórios.
2. Objetivos
- Medir a distância de um objeto em movimento em tempo real.
- Analisar movimentos uniformes e uniformemente acelerados.
- Estudar oscilações periódicas, como as de um pêndulo.
- Interpretar gráficos de distância, velocidade e aceleração.
3. Materiais
- Sensor Go Direct® Motion Detector (GDX-MD)
- Computador/tablet com software Graphical Analysis®
- Objeto em movimento (bola, carrinho)
- Plano inclinado (para movimentos acelerados)
- Pêndulo simples (bola pendurada por fio)
- Suporte para fixar o sensor
- Régua ou fita métrica para referência
4. Configuração do Equipamento
- Ligar o sensor via USB ou Bluetooth ao dispositivo.
- Abrir o software Graphical Analysis®.
- Selecionar o sensor Motion Detector.
- Ajustar a frequência de amostragem para 50 Hz para captar movimentos rápidos.
- Fixar o sensor apontando para a trajetória do objeto, garantindo campo de deteção livre (até 6 m).
5. Procedimentos Experimentais
Atividade 1 – Movimento Uniforme
Procedimento:
- Colocar o carrinho numa superfície plana.
- Posicionar o sensor fixo, alinhado com o carrinho.
- Empurrar suavemente o carrinho com velocidade constante.
- Iniciar a recolha de dados no software.
- Parar a recolha quando o carrinho parar.
Registo de Dados:
| Tempo (s) | Distância (m) |
|---|---|
Análise:
- Traçar gráfico distância vs tempo.
- Calcular a velocidade média a partir da inclinação da reta.
- Verificar se o movimento é linear (reta).
Atividade 2 – Movimento Uniformemente Acelerado
Procedimento:
- Montar um plano inclinado com inclinação moderada.
- Colocar o carrinho no topo.
- Posicionar o sensor no final do plano, apontando para o carrinho.
- Soltar o carrinho e iniciar a recolha de dados.
- Parar quando o carrinho atingir a base.
Registo de Dados:
| Tempo (s) | Distância (m) |
|---|---|
Análise:
- Traçar gráfico distância vs tempo.
- Calcular velocidade e aceleração médias.
- Verificar a curvatura do gráfico indicando aceleração.
Atividade 3 – Oscilações do Pêndulo
Procedimento:
- Fixar o pêndulo frente ao sensor.
- Deixar o pêndulo oscilar livremente.
- Recolher dados durante alguns períodos.
- Parar a recolha.
Registo de Dados:
| Tempo (s) | Distância (m) |
|---|---|
Análise:
- Identificar períodos e amplitudes.
- Determinar o período médio.
- Comparar com o valor teórico do período do pêndulo.
6. Questões para Análise
- Como se observa a diferença entre movimento uniforme e uniformemente acelerado nos gráficos?
- Qual a importância da frequência de amostragem na qualidade dos dados?
- Que fatores podem afetar a precisão das medições do sensor?
- Por que motivo o sensor utiliza ondas ultrassónicas para medir distâncias?
- Como poderias melhorar o método experimental para obter resultados mais precisos?
7. Dicas e Cuidados
- Evitar que o objeto tenha superfícies muito irregulares para melhor reflexão do sinal ultrassónico.
- Garantir que não há obstáculos entre o sensor e o objeto.
- Repetir medições para aumentar fiabilidade.
- Calibrar o sensor antes das experiências se necessário.
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