In this work, we present an experiment that illustrates an electromechanical energy conversion between a DC motor and electrolytic capacitors. The DC motor is coupled to a rigid disk and initially powered by a voltage supply, then the power supply is disconnected, and the electrical machine is connected to an electric diode in series with a capacitor bank. The stored charge in the capacitor bank demonstrates that the device, previously working as a DC motor, starts operating as an electric generator. The proposed experiment can be used to discuss the physical model of DC motor, induced electromotive forces, diode characteristic curve, and dynamics of the capacitors. We present a comprehensive mathematical model for the capacitor charging dynamics and characterize the relevant circuit parameters. Computational simulations are performed and predicted final capacitor voltages and electromechanical conversion efficiencies are compared with the experimental data. The overall agreement between the proposed model and experimental data is very good. work capacitors disconnected device generator forces curve parameters good

A criação de montagens experimentais no âmbito didático, a partir de elementos de baixo custo, reaproveitados e reciclados, é uma realidade deste tempo. O destaque que atividades na abordagem da cultura maker têm tido, evidenciam o potencial de propostas e estímulos no âmbito educacional nesta linha. Este trabalho propõe a construção de um protótipo de um colorímetro de baixo custo, utilizando o sensor de luminosidade de um smartphone. O trabalho descreve a montagem do protótipo, os procedimentos realizados para os testes do equipamento e apresenta os dados obtidos através dos ensaios experimentais. Para os testes foram utilizados materiais de limpeza usuais, obtidos no âmbito doméstico. A partir dos resultados obtidos foi possível observar a diferença da absorção entre as amostras utilizadas em decorrência da cor de cada uma delas, como esperado na teoria. O material de limpeza com perfil de absorção mais bem definido foi adotado para uma diluição em água e o resultado da absorbância relativa versus concentração apresentou coerência com fator de correlação acima de 0,93. O protótipo apresentou excelente repetibilidade nas medições e isso, associado ao seu fácil manuseio, indicam que sua utilização pode ser viável em uma sala de aula típica. didático custo reciclados tempo tido linha smartphone usuais doméstico delas teoria 093 0 93 0,93 isso manuseio típica 09 9 0,9 0,

The creation of experimental setups in an educational context, using low-cost, reused, and recycled materials, is a reality of our time. The prominence of activities within the maker culture approach highlights the potential of educational proposals and stimuli in this direction. This work proposes the construction of a low-cost colorimeter prototype, using the light sensor of a smartphone. The work describes the assembly of the prototype, the procedures performed for testing the equipment, and presents the data obtained from the experimental trials. Common household cleaning materials were used for the tests. From the results obtained, it was possible to observe the difference in absorption between the samples used, due to their color, as expected in theory. The cleaning material with the lightest absorption profile was selected for dilution in water, and the result of the relative absorbance versus concentration showed consistency with a correlation factor above 0.93. The prototype demonstrated excellent repeatability in measurements, and this, coupled with its ease of use, indicates that its application could be feasible in a typical classroom setting. context lowcost, lowcost low cost, cost reused time direction smartphone equipment trials tests color theory water 093 0 93 0.93 measurements use setting 09 9 0.9 0.

Laplace’s equation is a differential equation that can describe different physical phenomena. In this work we discuss how it can be numerically solved using the relaxation method. The Laplacian operator is written in terms of finite differences, establishing a relationship between the value of the function at one point and the arithmetic mean of the function at neighboring points. The obtained relationship is applied iteratively and numerical solutions are obtained. We apply the algorithm for the solution of the heat equation considering steady states and for the determination of electrostatic potential between two coaxial conducting cylinders. The agreement between analytical and numerical solutions is very good, the algorithm is computationally cheap and can be implemented with basic knowledge of algorithms in a few lines of code. We discuss how this didactic tool can be applied in different teaching contexts. Laplaces Laplace s phenomena method differences points cylinders good code contexts

A equação de Laplace é uma equação diferencial que pode descrever diferentes fenômenos físicos. Neste trabalho discutimos como ela pode ser resolvida numericamente através do método da relaxação. O operador laplaciano é escrito em termos de diferenças finitas, estabelecendo uma relação entre o valor da função em um ponto e a média aritmética da função em pontos vizinhos. A relação obtida é aplicada iterativamente e soluções numéricas são obtidas. Aplicamos o algoritmo para a solução da equação de calor considerando estados estacionários e para a determinação de potencial eletrostático entre dois cilindros condutores coaxiais. O acordo entre soluções analíticas e numéricas é muito bom, o algoritmo é computacionalmente barato e pode ser implementado com conhecimentos básicos de algoritmos em poucas linhas de código. Discutimos como essa ferramenta didática pode ser aplicada em diferentes contextos de ensino. físicos relaxação finitas vizinhos obtidas coaxiais bom código ensino

Abstract Among the challenges imposed by the restrictions caused by the covid-19, we can highlight, in particular, the adaptation of experimental activities in the remote mode. This article describes the construction and application of a low-cost experimental prototype, based on the Arduino platform. The prototype was used in a practical class to determine the restitution coefficient in an inelastic collision, between a rubber ball and a wooden surface. The prototype provided real-time data acquisition, in a class with undergraduate physics, enabling the visualization of the phenomenon and data sharing with students. Its operation is based on piezoelectricity, which allowed to graphically observe the proportionality between the kinetic energy in each collision and the intensity of the electrical signal obtained. The experimental results showed low standard deviation and good consistency in several repetitions. They were also com pared with other results, obtained by a technique using video, showing an agreement in the order of 2 %.

Resumo Entre os desafios impostos pelas restripoes causadas pelo covid-19, podemos destacar, em particular, a adaptapao de atividades expe rimentáis na modalidade remota. Este artigo descreve a construpao e aplicapao de um protòtipo experimental de baixo custo, baseado na plataforma Arduino. O protòtipo foi utilizado em uma aula pràtica para determinapao do coeficiente de restituipao em uma colisao inelástica, entre uma bolinha de borracha e uma superficie de madeira. O protòtipo forneceu aquisipao de dados em tempo real, em uma aula com graduandos em fisica, possibilitando a visualizapao do fenomeno e o compartilhamento dos dados com os alunos. Seu funcionamento é baseado na piezoeletricidade, o que permitiu observar graficamente a proporcionalidade entre a energia cinética em cada colisao e a intensidade do sinal elétrico obtido. Os resultados experimentais mostraram baixo desvio padrao e boa consistencia em diversas repetipoes. Também foram comparados com outros resultados, obtidos por uma técnica com utilizapao de video, mos trando uma concordancia da ordem de 2 %.

Resumo Ao corrigir relatórios sobre o experimento de Young, de três turmas de graduandos em Física, observou-se que sistematicamente os erros relacionados às medidas se concentravam nas medidas entre as franjas de difração. Essas medidas são sempre suscetíveis à sensibilidade do olho humano, exigindo certa experiência e cuidado. Este artigo descreve uma alternativa metodológica experimental e de baixo custo, para realizar o experimento de difração automatizado com Arduino. A metodologia permitiu-nos não apenas calcular a espessura de um fio de cabelo, com erro estimado de 3%, como também visualizar graficamente a distribuição de intensidade luminosa por meio de gráficos ao longo de todo espectro de difração, algo impossível sem o recurso utilizado.

Abstract During the correction of reports on Young's experiment, from three classes of undergraduate physics students, it was observed that systematically the errors related to the measurements were concentrated in the measurements between the diffraction fringes. These measures are always susceptible to the sensitivity of the human eye, requiring some experience and care. This article describes an experimental, low-cost methodological alternative to perform the diffraction experiment, automated with Arduino. The methodology allowed us not only to calculate the thickness of a hair, with an estimated error of 3%, but also to graphically visualize the distribution of luminous intensity by means of graphs throughout the diffraction spectrum, something impossible without the resource used.

Este artigo descreve uma pesquisa realizada com estudantes de licenciatura em física de duas instituições públicas distintas. O grupo de 23 estudantes observados foi exclusivamente composto de alunos de sexto, sétimo e oitavo períodos. A pesquisa buscou identificar possíveis problemas conceituais dos alunos, suas habilidades para identificar o grau de dificuldade do problema e também averiguou secundariamente até que ponto os licenciandos dominam o cálculo como ferramenta para solução de problemas. Foi apresentado aos alunos um problema retirado de uma prova de vestibular de uma universidade federal. Essa questão, devido a um erro na elaboração, não tem como ser resolvida apenas com ferramentas matemáticas de Ensino Médio. Os alunos ainda responderam a um questionário semiestruturado que refletia suas percepções sobre o problema. Com base na análise de conteúdo do material escrito, obtido por meio da coleta de dados, percebemos que apenas dois estudantes obtiveram êxito na tarefa que lhes foi concedida, sendo que mais da metade deles falharam ao interpretarem conceitualmente o problema.

This article describes a research with physics undergraduate students in two distinct public institutions. The group of 23 observed students was composed exclusively of students from sixth, seventh and eighth period. The research sought to identify possible conceptual problems of the students, their abilities to identify the level of difficulty of the problem; also, it was examined the extent that undergraduates dominate mathematical calculus as a tool for troubleshooting. It was presented to the students a problem taken from a federal university college entrance test. Due to an error in the preparation, this problem can only be solved with higher education mathematical tools. Students also answered a semi-structured questionnaire that identified their perceptions about the problem. Based on the analysis of the written collected material, we see that only two students were successful in the task, and more than half of them failed to interpret the problem conceptually.