ATENUAÇÃO DA INTENSIDADE DA RADIAÇÃO DE LÂMPADAS COMUNS COM A DISTÂNCIA: USO DO APLICATIVO PHYPHOX

## ATENUAÇÃO DA INTENSIDADE DA RADIAÇÃO DE LÂMPADAS COMUNS COM A DISTÂNCIA: USO DO APLICATIVO PHYPHOX

Sueli H. Masunaga 1 , Jessica Fleury Curado 2 , Eliane F. Chinaglia 3

- 1 Centro Universitário FEI / Departamento de Física / smasunaga@fei.edu.br
- 2 Centro Universitário FEI / Departamento de Física / jcurado@fei.edu.br
- 3 Centro Universitário FEI / Departamento de Física / echinaglia@fei.edu.br

Palavras-chave: Atenuação da radiação; aplicativo phyphox; metodologia ativa

## Resumo expandido

Neste trabalho, apresentamos uma metodologia aplicada à uma atividade proposta aos alunos da disciplina Física 2, do 2º semestre do curso de engenharia e uma análise da apresentação dos resultados de 44 alunos. O objetivo foi estimular o protagonismo e o engajamento no processo experimental, além da reflexão sobre a conexão entre a teoria e realidade, mesmo em aulas virtuais no cenário atual da pandemia da COVID-19. Para isso, foi proposto aos alunos, a verificação dos limites de aplicabilidade da lei do inverso da distância ao quadrado para a intensidade luminosa, através do uso de materiais acessíveis no ambiente doméstico, onde os alunos tinham a autonomia em todo o processo experimental: desde a escolha dos materiais até a análise dos dados.

A teoria nos diz que a uma certa distância , a intensidade ( ) da radiação eletromagnética emitida por uma fonte pontual e isotrópica pode ser calculada pela relação

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onde é a potência da fonte e 4 é a área da superfície esférica (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2016). Este tema foi sugerido aos alunos pois se trata do estudo de uma relação importante e cuja dependência do inverso da distância ao quadrado é recorrente em diversas teorias físicas, tais como na Lei da gravitação universal, na Lei de Coulomb, na Lei de Biot-Savart e na intensidade sonora.

Para a realização do experimento, os alunos reportaram o uso de diferentes tipos de fonte luminosa, como lâmpadas incandescentes, de LEDs e halógenas, sejam de luminárias, lanternas, embutidas em smartphones, dentre outros aparatos e com diversos formatos: tubular, anel, bulbo, etc. A intensidade da luz foi medida com um aparelho celular ou um tablet, que possuem sensores de luz, utilizando os aplicativos Phyphox (STAACKS et al., 2018) no sistema Android e Lux Light Meter no sistema iOS. Os alunos iniciaram a aquisição de dados a uma distância entre a fonte de luz e o sensor entre 0,5 e 20,0cm e terminaram o experimento a uma distância entre 14,5 a 100,0cm . Os intervalos de aquisição também variaram consideravelmente, desde intervalos regulares e até mesmo aumentando com a distância. Todas as escolhas dos alunos foram discutidas em função resultados obtidos.

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Devido ao isolamento, cada aluno realizou o experimento, porém os resultados foram apresentados e discutidos dentro de um grupo de 3 alunos e com os professores em aulas virtualizadas em encontros semanais. Para a análise de dados, a maioria dos alunos usou o Excel, acessível a todos. Partindo da hipótese que a equação (1) é satisfeita, foi usada a anamorfose linear, como mostrado na Figura 1(a). Baseado nos resultados obtidos, os alunos discutiram sobre o limite da equação (1) ser válida, ou seja, a fonte ser pontual (símbolo: ⚫ ). Para corroborar essa análise inicial, os alunos reescreveram a equação (1) na forma:

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Assim, um ajuste de função do tipo potência foi usado para determinar o valor de , como mostrado na figura 1(b), verificando se o mesmo valor de era aplicável a todo o conjunto de dado obtido. Em alguns casos, dois valores de era visivelmente observável em que se constatou que a hipótese de uma fonte pontual poderia ser válida a partir de uma determinada distância da fonte e, portanto, não sendo adequado fazer o ajuste dos dados com uma única equação.

a) b)

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Figura 1: Exemplos de análises típicas realizadas pelos alunos (a) gráfico de Intensidade Luminosa versus e (b) gráfico de Intensidade Luminosa versus . As linhas contínuas são os ajustes linear e de potência, respectivamente, indicando os limites em que a fonte pode ser considerada pontual.

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Nas aulas foram abordadas a adequação do modelo dada pela equação (1) , abrindo discussão para a necessidade de repensar o arranjo experimental quanto à adequação do alinhamento vertical e horizontal entre fonte de luz e sensor, posicionamento mais cuidadoso do sensor, intensidade da fonte luminosa e da luminosidade de fundo, dentre outros fatores experimentais levantados tanto pelos professores quanto pelos alunos. Após a aquisição mais cuidadosa dos dados, as aulas seguintes resultaram na discussão sobre a aproximação das lâmpadas como sendo uma fonte pontual, com a consequente necessidade de se considerar uma distância para o ajuste dos dados e de uma distância minimizando o efeito de alinhamento para os dados mais distantes da lâmpada.

O valor do expoente analisado pelos alunos variou entre 0,85 e 4,31 , resultando em uma média de 2,08(13) , compatível com o valor do expoente teórico esperado. Verificamos que os valores de mais próximos ao valor teórico foram obtidos quando se encontrava na faixa intermediária de valores, de 7 × 10 a 5 × 10 , indicando que a potência poderia ser um fator importante a ser considerado, mas não foi possível verificar esse fato devido às diferentes geometrias utilizadas, além de diferentes potências.

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A proposta de realizar um experimento sem roteiro e métodos de análise, com discussões e feedbacks em aula síncrona fez com que os alunos exercessem o protagonismo na investigação e refletissem sobre os fundamentos teóricos que embasam os experimentos, conscientizando-se das idealizações feitas para alcançar um determinado modelo e as limitações de sua aplicabilidade em situações reais. Desta forma, a discussão apresentada pelos alunos, independentemente do valor do expoente encontrado, não se limitou apenas ao fato do resultado ser esperado ou não, mas envolveu a avaliação da adequação do modelo para analisar os dados experimentais e a adequação da escolha dos materiais e os cuidados experimentais para aplicar o modelo teórico.

## Referências

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física - Vol. 2. 10 ed. Rio de Janeiro: LTC-Livros Técnicos e Científicos Editora SA.

STAACKS, Sebastian et al. Advanced tools for smartphone-based experiments: phyphox. Physics Education, v. 53, n. 4, p. 045009, 2018.

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