1

A .L .2.1 OSCILOSCÓPIO

FÍSICA 11.ºANO

QUESTÃO-PROBLEMA

Perante o aumento da criminalidade tem-se especulado sobre a possibilidade de

formas de identificação, alternativas à impressão digital. Uma dessas formas poderia

ser pela voz. Utilizando um osciloscópio propor um método que permita concretizar a

identificação individual desse modo.

Pretende-se com esta actividade que os alunos aprendam a utilizar um

osciloscópio e a extrair informação diversa da representação gráfica que vêem

no ecrã (diferenças de potencial em função do tempo).

PREPARAÇÃO PRÉVIA

Os alunos terão de rever os conceitos de diferença de potencial e intensidade de

corrente, bem como a montagem de circuitos simples.

2

TRABALHO LABORATORIAL

MATERIAL (POR GRUPO)

Material e equipamento Quantidades

Altifalante

1

Diapasão

1

Fios de ligação

“T” 1

Gerador de funções

2

Microfone

1

Osciloscópio

1

3

PROCEDIMENTOS

Segundo as orientações do programa oficial, os alunos deveriam:

• montar dois circuitos com lâmpadas idênticas, um alimentado por um

gerador de tensão contínua e outro de tensão alternada;

• ligar os terminais de cada lâmpada, utilizando os dois canais do

osciloscópio e ajustar as tensões de modo a que as lâmpadas tenham o

mesmo brilho;

• medir, com o osciloscópio a tensão contínua e o valor máximo da tensão

alternada e com um voltímetro a tensão nos terminais das lâmpadas,

comparando-os.

• medir períodos e calcular frequências dos sinais obtidos com um gerador

de sinais, comparando-os com os valores nele indicados

• comparar amplitudes e frequências de sinais sonoros convertidos em

sinais eléctricos, utilizando um gerador de sinais, um altifalante e um

microfone.

No entanto, devido a constrangimentos de tempo e outros, foi elaborado um

procedimento alternativo, que privilegia a interpretação dos sinais sonoros

usando o osciloscópio e o funcionamento do osciloscópio em si (uma vez que

este foi primeiro contacto que os alunos tiveram com o instrumento).

4

I - MEDIÇÃO DE PROPRIEDADES DE SINAIS ELÉCTRICOS

1. Usar um cabo adequado para ligar ao canal 1 do osciloscópio a saída de

um gerador de funções. Escolher no gerador um sinal quadrado com uma

frequência entre 1 e 2 kHz e uma amplitude correspondente a cerca de

metade do valor máximo que o gerador pode fornecer. Fazer os seguintes

ajustes nos comandos do osciloscópio:

HORIZONTAL TIME/DIV 0,2 ms/Div

VARIABLE Selector metido para dentro e

totalmente rodado no sentido horário

POSITION X Posição do ponteiro das horas às 10:30

TRIGGER HOLD NORM

LEVEL 0

SLOPE +

MODE AUTO

SOURCE CH1

VERTICAL MODE CH1

CH1 VOLTS/DIV 0,2 V/Div

CH1 AC/GND/DC AC

CH1 POSITION Ponteiro das horas às 09:00

2. Nesta fase deve observar-se uma imagem estável de uma onda

quadrada. Se tal não acontecer, verificar a posição dos selectores. Ajustar

se necessário a intensidade e a focagem do feixe de electrões (botões

INTEN e FOCUS).

3. Colocar o selector AC/GND/DC do canal 1 na posição GND e rodar o

botão POSITION até alinhar o traço luminoso com a linha central da

grelha. Observar o que acontece quando coloca o selector AC/GND/DC na

posição DC. Voltar a colocar na posição AC. Registar o que acontece nas

três posições.

5

4. Observar o que acontece quando:

• Se escolhe outros valores para a escala vertical (VOLTS/DIV)

• Se escolhe outros valores para a base de tempo (TIME/DIV)

5. Voltar às escalas iniciais e fazer um desenho à escala deste sinal no

esquema da folha de registo. Determinar a amplitude, a tensão pico a

pico, o período e a frequência desta onda. Ter em atenção que a medição

será tanto mais rigorosa quanto maior for o número de divisões que for

usado para ler a grandeza que se está a determinar.

6. Usar um cabo adequado para ligar ao canal 2 do osciloscópio a saída de

um gerador de funções. Escolher no gerador um sinal sinusoidal com

uma frequência entre 1 e 2 kHz e uma amplitude correspondente a cerca

de metade do valor máximo que o gerador pode fornecer. Escolher CH2

nos selectores TRIGGER: SOURCE e VERTICAL: MODE. Escolher 1 V/Div

no selector VOLTS/DIV do canal 2, colocar o botão POSITION Y às 12:00

e o acoplamento de entrada do canal 2 em DC.

7. Fazer um desenho do sinal observado no esquema da folha de registo.

Determinar a amplitude, a tensão pico a pico, o período e a frequência da

onda produzida pelo gerador.

8. Se não se estiver a observar o início da imagem produzida pelo

varrimento do feixe de electrões, rodar o botão POSITION X para a direita

até observar o início da imagem luminosa.

9. Colocar o selector VERTICAL: MODE em DUAL e observar. Alternar o

selector TRIGGER: SOURCE entre as posições CH1 e CH2 e observar o

que acontece. Registar o sucedido e explicar.

6

II - MEDIÇÃO DE FREQUÊNCIAS E INTENSIDADES SONORAS

1. Configurar o osciloscópio para visualizar o sinal sinusoidal do ponto

anterior, cuja frequência, período e tensão pico a pico já foi determinada

(passo 7).

2. Ligar a saída do gerador de sinais a um “T” que simultaneamente liga ao

osciloscópio e a um altifalante.

3. Alterar a frequência do sinal, do gerador de sinais, e verificar o que

acontece no sinal no osciloscópio. Comparar com o que acontece em

termos sonoros.

4. Regista o menor valor de frequência que conseguiu ouvir.

5. Registar o maior valor de frequência que conseguiu ouvir.

6. Ligar um microfone ao osciloscópio e produzir um som com um

diapasão.

7

7. Determinar a frequência do sinal que visualiza no osciloscópio. Comparar

essa frequência com a frequência marcada no diapasão.

8. Utilizando a voz, emitir sons correspondentes a letras ou assobios sobre

o microfone e visualizar no osciloscópio. O procedimento deve ser

repetido por outro colega. Registar as observações.

8

REGISTO, TRATAMENTO E DISCUSSÃO DE DADOS

Foi construída uma folha de registo para os alunos fazerem os registos da

actividade.

I.9 A variação no MODE para DUAL permite ver os dois sinais (do CH1 e do CH2)

em simultâneo, mas com apenas um deles focado, de acordo com a selecção no

TRIGGER.

II.3 Quanto maior a frequência do som, mais agudo ele é.

II.4 fmin=28Hz

I.3

I.5

I.7

2,5

5

1 2,5

1 5

5 0,2 m 1

1000

3,4 1 3,4

6,8 6,8 1

0,2 m 4,8 0,96

1000

O sinal em AC é semlhante ao DC mas em menores valores de

voltagem Com GND vê-se uma linha horizontal, no “zero”. Não há passagem

de corrente.

9

II.5 fmáx=19 MHz

II.7 ! = 4,5×0,5ms/div = 2,25ms

! =1!=

12,25×10!!

= 444,4  Hz

Este valor é bastante próximo do valor marcado no diapasão, 440Hz, devendo-se

a diferença provavelmente a erros experimentais.

II.8 Aquilo que confere características particulares ao som de um instrumento

musical ou de uma voz humana é o número de harmónicos (som puro cuja

frequência seja um múltiplo inteiro de uma dada frequência) que intervêm e a

proporção com que cada um contribui para o som resultante.

Assim esperar-se-ia que os sinais de cada aluno fosse distinguíeis, apesar de na

prática não se terem observado diferenças significativas.

CONSIDERAÇÕES

1. O protocolo deveria ter contemplado o conceito de tensão eficaz.

BIBLIOGRAFIA

Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., Paiva, J., & Ferreira, A. J. (2009). 11 F -

Física e Química A - Física - Bloco 2 - 11.º/12.º ano. Lisboa: Texto Editores, Lda.

Martins, I. P., & al., e. (2003). Programa de Física e Química A, 11º ou 12º anos.

Ministério da Educação.