Neste trabalho, mostramos como construir um marcador de tempo similar àquele adotado pelo PSSC (Physical Science Study Committee) utilizando um compressor de ar para aquário e uma caneta hidrográfica. Em seguida, mostramos, também, como esse marcador pode ser utilizado tanto para registrar o movimento de um objeto a partir de pontos impressos sobre uma fita de papel presa ao objeto, como para medir intervalos de tempo com auxílio de técnicas eletrônicas para iniciar/interromper automaticamente seu funcionamento. Os experimentos sugeridos para ilustrar possíveis aplicações do dispositivo proposto permitem estudar não só as relações entre deslocamento, velocidade e tempo associadas a um movimento uniformemente variado, como também questões relacionadas com a dinâmica de translação e rotação.

In this paper, we show how to construct a time marker similar to that adopted by the PSSC (Physical Science Study Committee) using an aquarium air pump and a hydrographic pen. We also show how this marker can be used either to register the motion of an object from the dots printed on a paper tape attached to the object, or to measure time intervals with the aid of electronic techniques to automatically start/stop its functioning. The suggested experiments allow students to learn the relationship between displacement, velocity, and time associated with a uniformly varied motion, as well as studying the physics related to translation and rotation dynamics.

O módulo de Young ( Y ) é uma grandeza relacionada à elasticidade linear de um material. As técnicas mais comuns para se determinar o módulo de Young envolvem a medida da deformação de uma barra quando flexionada, ou a medida da deformação de um fio quando submetido a um esforço de tração. Outra técnica conhecida consiste na medida da velocidade do som ( c ) numa barra fina, a qual está relacionada a Y pela expressão Y = ρ c 2, onde ρ é a massa específica do material em estudo. Desse modo, conhecendo-se ρ, a determinação de Y se resume a medir c. Neste trabalho lançamos mão do método do tempo de voo de um pulso de compressão produzido em experimentos de colisão para medir a velocidade do som em diferentes materiais. O tempo de voo é o tempo necessário para um pulso de compressão percorrer a distância entre dois pontos da barra. Esse tempo foi medido através de uma montagem que utiliza duas chaves de contato mecânico associadas a um circuito elétrico contendo um contador eletrônico e um oscilador a cristal. Os experimentos foram realizados utilizando-se diferentes materiais (aço inox, latão e madeira) e calculados os respectivos módulos de Young com seus desvios estatísticos.

The Young's modulus ( Y ) is a quantity related to the linear elasticity of a material. The most common techniques for determining the Young's modulus involve the measurement of the deformation of a flexed beam, or the measurement of the deformation of a wire submitted to a tractive effort. Another known technique consists of measuring the speed of sound ( c ) on a thin rod, which is related to Y by the expression Y = ρ c 2, where ρ is the density of the material under study. Thus, by knowing ρ, Y can be determined through the measurement of c. In this work we carried out collision experiments to generate compression pulses in thin solid rods and employ the time-of-flight method to measure the speed of sound in different materials. The flight time is the time needed for the pulse to cover the distance between two points of the rod. This time was measured by means of an assembly which utilizes two mechanical contact switches associated with an electric circuit comprising an electronic counter and a crystal oscillator. The experiments were conducted using different materials (stainless steel, brass and wood) and calculated the respective Young's modules and their statistical deviations.

Embora existam inúmeras demonstrações relativamente simples para ilustrar a lei de indução de Faraday, experimentos quantitativos são menos comuns. Neste trabalho descrevemos um procedimento experimental para investigar a validade da lei de Faraday e adequado para ser utilizado em um laboratório de física básica. A montagem descrita permite registrar a força eletromotriz induzida numa bobina graças à passagem de um imã de neodímio em queda livre através dela. A partir da análise dos pulsos induzidos em função da velocidade do imã ao passar pelo centro da bobina mostramos que os resultados obtidos são consistentes com a lei de Faraday. Além disso, mostramos também que a distância entre os picos de tensão induzida numa bobina suficientemente chata é igual ao comprimento do imã.

Although there are many relatively simple demonstrations to illustrate Faraday’s law of induction, quantitative experiments on this subject are less common. This paper describes an experimental procedure suitable for use in a basic physics laboratory for investigating the validity of Faraday’s law. The described setup allows recording the electromotive force induced in a coil due to the passage of a neodymium magnet in free fall through it. The analysis of the induced pulses as a function of the speed of the magnet measured on the center of the coil show that the results are consistent with Faraday’s law. We also show that the distance between the voltage peaks induced in the coil is equal to the length of the magnet.

Descrevemos nesse trabalho um procedimento experimental para investigar a validade da segunda lei de Newton. A montagem experimental utilizada permite acelerar um carrinho sobre um trilho de ar por meio de forças constantes e conhecidas. Mostramos também como determinar a aceleração a partir de velocidades médias calculadas para intervalos de tempo sucessivos do movimento usando vários contadores eletrônicos conectados a um único circuito oscilador a cristal. Dentro dos erros experimentais, os experimentos realizados mostram claramente a proporcionalidade entre aceleração e força para uma massa constante e entre aceleração e o inverso da massa para uma força constante.

We describe an experimental procedure to probe the validity of Newton's second law. The experimental arrangement allows us to accelerate a glider on an air track by means of forces that are both steady and known. We also show how to determine acceleration from average speeds calculated for successive time intervals of the motion measured by using several electronic counters connected to a single-crystal oscillator circuit. Within experimental errors, the experiments clearly show the proportionality between acceleration and force for a fixed mass and between acceleration and inverse of mass for a fixed force.

As vezes, para se medir um intervalo de tempo, é suficiente um cronômetro, outras vezes é preciso imaginar ou lançar mão de métodos indiretos. Neste trabalho exploramos um método indireto para medir intervalos de tempo baseado na curva de descarga de um capacitor através de um resistor. O capacitor, previamente carregado, esta ligado em série com o resistor e uma chave apropriada inicialmente aberta. Quando a chave é acionada durante um certo tempo, o capacitor perde parte de sua carga e a tensão nos seus terminais cai para um valor V. Medindo-se a tensão inicial V0 e a tensão V, determina-se a partir da curva de descarga ou da equação de descarga de um capacitor num circuito RC o tempo t durante o qual a chave permaneceu fechada. O método consiste justamente em associar a duração de um evento ao tempo t durante o qual a chave permaneceu fechada. Para medir V e V0 sem que o capacitor se descarregue através da resistência interna do voltímetro, acoplamos a ele um amplificador operacional (CA 3140), montado na configuração seguidor emissor. O método foi testado com sucesso numa série de experiências que realizamos. Numa delas, por exemplo, medimos a duração de uma colisão entre duas esferas de aço e, numa outra, medimos a velocidade de um projétil disparado por uma carabina de pressão.

The most direct way to measure time intervals is through the use of a chronometer. But sometimes we need to use some non-conventional method. In this work we explore an indirect method to measure time intervals based on the discharge curve of a capacitor through a resistor. The capacitor previously charged is connected in series with the resistor and a proper switch initially open. When the switch is closed for a certain time, the capacitor discharges partially and the potential difference across its terminals decays from a initial value V0 to V. Using the discharge curve or the discharge equation of a capacitor in RC circuit, and measuring both the voltage V0 and V, we can determine the time t during which the switch remained closed. The method consists in associating the duration of an event to the time t. To avoid the capacitor to discharge through the voltmeter resistance when measuring V and V0, we use a operational amplifier(CA 3140) set up as a unity gain voltage follower. The method was successfully tested in a series of experiments we perform. In one of them, for instance, we measured the duration of a collision between two steel balls. In another, we measured the speed of a pellet fired by an air rifle.

Electron irradiation of solids produces a backemission of secondary electrons (energies between 0 and 50 eV) and reflected primaries (energies between 50 eV and that of the incident beam). For insulators, it is shown that an externally applied positive electric field penetrating into the solid material, energizes electrons generated by the primary irradiation and enables them to travel back to the surface of incidence and be emitted (stimulated secondary emission).