Shield Galileu e Aplicações

Fotos com os três modelos de Shield Galileu e do equipamento desenvolvido para aquisição de dados.

Descrição do Projeto

Shield Galileu é um equipamento desenvolvido para fazer a aquisição automática de dados temporais em experimentos de Física relacionados aos conteúdos de Cinemática e Dinâmica. O equipamento é constituído por sensores ópticos que conectados a um circuito (Shield), enviam dados temporais para a placa Arduino-UNO e, por meio de uma interface gráfica desenvolvida na linguagem Python, é possível fazer a visualização em tempo real dos gráficos de posição, velocidade e aceleração em função do tempo. Desta forma é possível fazer teste de hipóteses sobre os fenômenos físicos em estudo, correlacionando com os pressupostos teóricos que são estabelecidos na Física.


Principais Características

  • baixo custo para desenvolver o equipamento.
  • softwares e código fonte são distribuídos mediante licenças livres.

Histórico


Próximos Passos

Desenvolver um único Shield Galileu com os três circuitos.

Desenvolvido o shield unificado:

Projeto KiCAD: galileu_t_0.2.zip

Funcionamento: Para alternar entre as versões Cronômetro e Líquido, trocar as partes destacáveis, que vão como um segundo shield em cima da placa principal. Os conectores utilizados para estes dois experimentos são do 1 ao 6. O conector para o experimento Ultrasônico é o 7. Maiores detalhes no arquivo zip.


Documentação

Abaixo encontram-se as documentações de desenvolvimento, ilustrando os passos da evolução do shield Galileu, desde seus protótipos iniciais até as versões para sua fabricação com a Fresadora PCI João-de-Barro, além de tutoriais de montagem com vídeos ilustrando a montagem da placa e do restante do equipamento.

Na documentação de Ensino e Uso, encontram-se os guias pedagógicos para professores e guias de atividades para os alunos realizarem experimentos com o Shield Galileu.

Desenvolvimento

Galileu Júnior - CTA Jr.: Uma versão desenvolvida pelo CTA Jr. no Colégio de Aplicação da UFRGS que visa o desenvolvimento de um novo equipamento de coleta de dados (versão cronômetro) e aprimoramento das programações buscando documentá-las, tornando o seu entendimento mais fácil explicando funções e o funcionamento do fluxo do algoritmo, visto que os códigos anteriores não possuem muitos comentários.

Protótipos do Shield Galileu: Diagramas, visualizações e fotos dos protótipos de desenvolvimento do Shield Galileu.

Shield Galileu Versão 1.0: Versão atual do Shield Galileu, como apresentado na dissertação de mestrado do autor.

Tutoriais de Montagem: Vídeos com descrições detalhadas da montagem do circuito e restante do equipamento para realizações das atividades de ensino de Física listadas abaixo.

Uso

Orientações para uso do equipamento

Como carregar programas, cuidados, testes rápidos (visualização na porta serial).

Programas para Arduino

  • cronometro.ino - Deverá ser carregado no Arduino (UNO ou Duemilanove).
  • cronometro_liquidos.ino - Deverá ser carregado no Arduino (UNO ou Duemilanove).
  • ultrassom.ino - Deverá ser carregado no Arduino (UNO).
  • Ultrasonic.h - Biblioteca que deverá carregada para que possa ser utilizado o programa ultrassom.ino.

Programas em Python para coleta e visualização dos dados

  • Python.zip - Todos os programas em Python utilizados no projeto.

Atividades de Ensino

# Atividade Objetivo da aula
1 Velocidade Média/Vel. Instantânea Compreender o significado de velocidade média e velocidade instantânea de um corpo e relacionar com situações do cotidiano em que estes conceitos de velocidades são usados.
2 Movimento Uniforme Explicar aos alunos as características de um movimento uniforme de um corpo e relacionar com situações do cotidiano em que este tipo de movimento é observado. Capacitar os alunos a descrever de forma correta um gráfico de posição e velocidade em função do tempo para um movimento uniforme.
3 Movimento Uniformemente Variado Capacitar os alunos a interpretarem gráficos de velocidade e aceleração em função do tempo para movimentos uniformemente variados.
4 Movimento Uniformemente Variado_2 Capacitar os alunos a interpretarem gráficos de posição, velocidade e aceleração em função do tempo para um movimento uniformemente variado de acordo com a origem do referencial adotado.
5 Movimento Uniformemente Variado_3 Capacitar os alunos a interpretarem gráficos de posição, velocidade e aceleração em função do tempo para um movimento uniformemente variado de acordo com a origem do referencial adotado.
6 Aceleração de Queda Livre Capacitar os alunos a compreender a diferença entre os conceitos de aceleração de “queda livre” e “não livre” de um corpo, mostrando situações do cotidiano em que estas acelerações podem ser observadas.
7 Lei da Conservação de Energia Mecânica Capacitar os alunos a compreenderem o conceito de conservação de energia mecânica e diferenciar forças conservativas e dissipativas presentes em um sistema.

Contatos

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h2. Referências


Este projeto é distribuído sob as licenças Creative Commons BY-SA 4.0. e CERN OHL, quando aplicáveis. Autores: Gilberto Fetzner, Lucas Leal

cronometro.ino (564 Bytes) Gilberto Fetzner Filho Fetzner, 26/04/2015 12:27

cronometro_liquidos.ino (3,1 KB) Gilberto Fetzner Filho Fetzner, 26/04/2015 12:27

Ultrasonic.h (451 Bytes) Gilberto Fetzner Filho Fetzner, 26/04/2015 12:27

ultrassom.ino (1,6 KB) Gilberto Fetzner Filho Fetzner, 26/04/2015 12:27

Python.zip (14 KB) Gilberto Fetzner Filho Fetzner, 04/05/2015 11:39

Shields.jpg (56,5 KB) Gilberto Fetzner Filho Fetzner, 04/05/2015 17:15

galileu_united_B.png (127,8 KB) Paulo Sérgio Müller, 15/01/2016 12:51

galileu_united_F.png (110,9 KB) Paulo Sérgio Müller, 15/01/2016 12:51