Laboratório Multidiscplinar (Física e Química)

Este experimento consistiu em fazer algumas bolinhas de isopor levitarem usando ondas sonoras. Para fazer as bolinhas levitarem foi necessário utilizar um par de transdutores piezoelétricos capazes de vibrar em uma frequência ultrassônica, com o propósito de gerar as ondas sonoras (como se fossem pequenos alto-falantes) por meio de estímulos elétricos com frequência da ordem de 40 kHz.

Os transdutores foram alinhados em um mesmo eixo, e de maneira a ficarem contra-propagantes (um de frente para o outro), permitindo que desta forma, quando acionados, uma onda estacionária longitudinal seja formada no espaço entre os transdutores. Uma onda estacionária é formada quando as oscilações geradas pelos transdutores propagam-se pelo ar e se combinam em um padrão de interferência que permite a observação de um “congelamento” da onda resultante (para o caso de uma onda estacionária em uma corda, observa-se que os picos e os nós não se deslocam ao longo da corda [1]). A formação de uma onda estacionária entre os transdutores promove várias regiões estáveis e sucessivas de alta e baixa pressão de ar ao longo do eixo de alinhamento (as zonas de alta pressão são as regiões onde há acúmulo de ar, e as zonas de baixa pressão são as regiões onde o ar torna-se rarefeito).

Figura 1 – Demonstração de levitação acústica por ultrassom onde é possível visualizar as zonas de alta e baixa pressão de ar. É possível notar a formação de uma onda estacionária tendo em vista que as camadas permanecem estáveis em suas posições.

A Figura 1, por meio de uma técnica conhecida com fotografia de Schlieren [2], mostra um experimento onde é possível observar as zonas de alta e baixa pressão de ar. As bolinhas ficam suspensas no ar e armadilhadas nas zonas de alta pressão (equivalem aos nós de uma onda estacionária em uma corda, conforme Figura 2).

Figura 2 – Esquema ilustrativo que faz analogia entre a onda estacionária formada entre os transdutores e uma onda estacionária em uma corda.

O vídeo abaixo apresenta o experimento realizado no laboratório utilizando os equipamentos disponíveis para as disciplinas de física.

Referências:

[1] HALLIDAY, D.; RESNICK, R. & WALKER, J. Fundamentos de Física Vol. 2; Editora LTC, Rio de Janeiro, 2009.

[2] Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations; “Ultrasonic Levitation”; 2017; https://www.youtube.com/watch?v=XpNbyfxxkWE.

O Laboratório de Física, mais uma vez, dá as boas-vindas aos novos alunos do campus! Com organização do Programa de Educação Tutorial de Engenharias da Mobilidade da Universidade Federal de Santa Catarina (PET EMB), os calouros foram apresentados ao espaço do laboratório e introduzidos de maneira sucinta aos experimentos que irão realizar sob orientação da nossa equipe ao longo da graduação. Reiteramos uma calorosa recepção e ansiamos pelo desenvolvimento em conjunto de diversos trabalhos experimentais!

Alunos da UFSC Joinville desenvolveram um projeto de divulgação das pesquisas que ocorrem no campus e convidaram o laboratório de física a participar! Os alunos Thais Baena Moura e Henrique Maiochi, responsáveis pelo projeto, assim como o aluno Michel Madeira, encarregado da edição, retrataram os laboratórios em uma série de vídeos, onde os integrantes de cada espaço discursaram sobre seus trabalhos. Essa divulgação tem como objetivo informar a população sobre a importância da comunidade acadêmica presente em Joinville e como esta possui um impacto positivo na sociedade.

Veja abaixo o episódio em que o Me. Thiago Corrêa, técnico laboratorial, discorre brevemente sobre o laboratório de física!

Os episódios estão sendo atualizados, mas já é possível conferir alguns no canal Pesquisa Alunos – CTJ UFSC!

No início do segundo semestre de 2018, o laboratório de física, por intermédio do Prof. Dr. Diego Duarte, foi contatado por representantes da franqueadora Maria Açaí com o propósito de realizar um desafio diferente, para dizer o mínimo, do que se espera em um laboratório de física. A equipe de marketing da Maria Açaí decidiu produzir um vídeo com uma máquina de Rube Goldberg (também conhecida como máquina de reação em cadeia) para promover as principais guloseimas que acompanham seu famoso açaí e, com isso, propôs ao laboratório de física o desafio de construí-la. Sob a coordenação do técnico do laboratório, Me. Thiago Corrêa, e a supervisão do Prof. Duarte, o desafio foi aceito, e a atividade foi transformada em uma ação de extensão cujo objetivo principal era promover a aplicação das ciências exatas como ferramenta de apoio em áreas como o marketing e a propaganda. Os trabalhos tiveram início em Agosto de 2018 com a seleção de dois alunos para participar do projeto e completar a equipe. Os alunos selecionados foram: Erikson Athos Portugal Pressi, aluno do curso de Engenharia Aeroespacial e Beatriz Murakami Chow, aluna do curso de Engenharia de Transportes e Logística.

Os trabalhos duraram 3 meses, e a maior parte desse tempo foi focada na construção da estrutura da máquina. O maior desafio encontrado foi o manejo de alimentos perecíveis e sensíveis ao calor para compor os “gatilhos” e partes do percurso da reação em cadeia. Foram necessários muitos testes e várias adaptações no roteiro inicialmente aprovado pela equipe. Alguns momentos da construção podem ser conferidos abaixo:

Durante toda a construção da máquina, conceitos físicos da mecânica (conteúdo da disciplina de Física I) foram explorados e discutidos. Dentre os principais, destacaram-se: princípio de alavanca, equilíbrio dinâmico, atrito, energia mecânica, colisões e momento de inércia. Todas as partes da máquina foram concebidas tendo em vista a utilização de conceitos físicos para ajustar o comportamento do movimento, i.e., alguns pontos da máquina foram construídos de maneira que permitissem ajustes na massa, no atrito, na inclinação, etc. Um dos pontos mais evidentes é o momento em que o prato giratório é acionado permitindo a descida suave do recipiente laranja de “Way”, de forma que foi possível ajustar a velocidade de descida apenas mexendo na distribuição de massa sobre o prato giratório, demonstrando, assim, os conceitos físicos de momento de inércia e de conservação de momento angular.

Outro ponto que vale a pena ressaltar é o tratamento do Equilíbrio Dinâmico durante o movimento do “elevador” após a etapa do “efeito dominó”. Esse ponto foi bastante desafiador porque era necessário que o elevador subisse o “bom-bom” suavemente com uma velocidade o mais uniforme possível, portanto, para conseguir realizar o movimento dessa maneira, precisou-se ajustar o atrito do sistema e o contrapeso para que o somatório de forças (força peso e força de atrito) fosse o mais próximo possível de zero. Após muitos testes, a solução adotada foi alterar as hastes metálicas de suporte para permitir uma variação no ângulo entres as guias dos fios que direcionam o elevador, o que resultou na alteração do efeito do atrito no movimento (fotos abaixo).

Após as filmagens, o vídeo final seguiu para a edição e para a pós-produção, sendo finalizado em Fevereiro de 2019. A divulgação do vídeo foi realizada em todo o Brasil por meio das mídias sociais da marca Maria Açaí na internet e em cinemas do Rio de Janeiro, de São Paulo, de Porto Alegre e de Curitiba durante a semana de estreia do filme “Vingadores: Ultimato”.

Os responsáveis pelo marketing da Maria Açaí em Joinville ficaram muito satisfeitos com o resultado dos trabalhos e com a associação com a UFSC/Joinville. Além disso, afirmaram ter pretensão de realizar parcerias, tanto com o laboratório de física novamente, quanto com outros setores da universidade. Como complemento do projeto, a equipe de marketing da Maria Açaí também produziu um vídeo making of que pode ser conferido abaixo.

Todos os integrantes da equipe responsável pela implementação do projeto acreditam que o principal objetivo proposto no início da atividade foi alcançado. Mostrou-se que as disciplinas comumente chamadas de “exatas” possuem um potencial de aplicação muito amplo e diretamente proporcional à imaginação de quem as exerce, e, como a imaginação é ilimitada, o potencial dessas disciplinas também são.

Agora, confira o vídeo finalizado!