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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17994
Tipo de Documento: | Dissertação |
Título: | Estudo da vibração de placas através dos padrões estacionários de Chladni |
Autor(es): | Neres, Thomaz Santos |
Data do documento: | 25-Jul-2022 |
Orientador: | Santa Helena, Emerson Luis de |
Coorientador: | Souza Junior, Edvaldo Alves de |
Resumo: | A física ondulatória descreve sistemas físicos nos quais atua uma força restauradora que é responsável pelo movimento oscilatório do sistema em torno de um ponto de equilíbrio. Essas oscilações se manifestam em diferentes tipos de ondas e se propagam com velocidades associadas às distintas características do meio de propagação. A equação de onda mostra como a deformação do meio ocorre à medida que o tempo passa. No estudo da Física ondulatória, o livro didático dá mais destaque às ondas unidimensionais. Neste trabalho, é apresentado o estudo de ondas estacionárias bidimensionais numa proposta de resolução do problema investigativo da vibração de placas de Chladni dentro das perspectivas da metodologia de ensino por investigação em conjunto com a Teoria Sociocultural de Vygotsky. Foi desenvolvido um aparato experimental de baixo custo para gerar os padrões de onda estacionárias. Além disso, foi utilizado o GeoGebra para a criação de uma interface gráfica matemática interativa de construção destes padrões de Chladni a partir das soluções da equação de onda em placas quadradas. Várias Figuras de Chladni foram criadas experimentalmente a partir de grãos depositados sobre diferentes placas metálicas sujeitas à vibração. Foi observado graficamente, utilizando-se placas quadradas de diferentes tamanhos com extremidades livres, a relação de proporção entre a frequência de ressonância dos padrões de onda estacionária com o inverso do quadrado do lado. A partir da comparação dos resultados experimentais e os obtidos pela modelagem computacional, todos os grupos conseguiram explicar a formação das Figuras de Chladni. |
Abstract: | In physical systems out of equilibrium, oscillations occur when a restoring force acts on them. These oscillations create different types of waves that propagates with speeds governed by the characteristics of the propagation medium. The wave equation shows how the deformation of the medium occurs as time goes by. In the study of wave physics, the textbook emphasizes one-dimensional waves. In this work, the study of two-dimensional standing waves is presented in a proposal to solve the investigative problem of the vibration of Chladni plates within the perspectives of the teaching methodology by investigation in conjunction with Vygotsky’s Sociocultural Theory. A low-cost experimental apparatus was developed to generate the standing wave patterns. In addition, GeoGebra was used to create an interactive mathematical graphical interface to builds these Chladni patterns from the solutions of the wave equation on square plates. Several Chladni figures were experimentally created through grains deposited on metal plates subjected to vibration. It was graphically observed at the resonance on square plates with free ends, the proportional relationship between the frequency of the standing wave patterns on a plate versus inverse square of side. From the comparison of experimental results and those obtained by computer modeling, all groups were able to explain the formation of Chladni Figures. |
Palavras-chave: | Física Ensino de física Simulação (Computadores) Ondas estacionárias Figuras de Chladni Ensino por investigação Experimentação Modelagem computacional Chladni figures Physics teaching Investigative teaching Experimentation Computational modeling Standing waves |
área CNPQ: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
Agência de fomento: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES |
Idioma: | por |
Sigla da Instituição: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação Profissional em Ensino de Física |
Citação: | NERES, Thomaz Santos. Estudo da vibração de placas através dos padrões estacionários de Chladni. 2022. 159 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Ensino de Física) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2022. |
Licença: | Creative Commons Atribuição-Não Comercial-Sem Derivações 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0) |
URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17994 |
Aparece nas coleções: | Mestrado Profissional em Ensino de Física |
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