PROPOSTA DE PÊNDULO BALÍSTICO ASSISTIDO PELO ARDUÍNO

## PROPOSTA DE PÊNDULO BALÍSTICO ASSISTIDO PELO ARDUÍNO

Efraim Fernandes Marques¹, Eduardo de Souza Brito², Paula Magda da Silva Roma 3

¹Universidade Federal do Amazonas/ Instituto de Educação, Agricultura e Ambiente/ Campus Vale do Rio Madeira, efraimfmmarques@ufam.edu.br ²Universidade Federal do Amazonas/ Instituto de Educação, Agricultura e Ambiente/ Campus Vale do Rio Madeira, eduardobrito120996@gmail.com ³Instituo Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sul de Minas/Campus Avançado de Três

Corações, paula.roma@ifsuldeminas.edu.br

Palavras-chave: Arduino; Colisões; Pêndulo Balístico.

## Resumo expandido

- O Arduino é uma placa microcontroladora constituída por um processador, memória, periféricos de entrada e saída de dados (analógico e digital), um ambiente de desenvolvimento, um bootloader (CAVALCANTI et al , 2011) e diversos modelos no mercado. A criação do Arduino ocorreu em 2005 na Itália com objetivo de auxiliar projetos escolares a baixo custo (ARDUINO, 2010). Consequentemente, se tornou um sucesso mundial sendo utilizado também na indústria e em experimentos didáticos de baixo custo em várias áreas da ciência, inclusive na Física (SOUZA et al , 2011; COLUCI et al , 2013; CORDOVA; TORT, 2016; DWORAKOWSKI et al , 2016).

Um experimento de baixo custo que pode ser realizado utilizando o Arduino é o pêndulo balístico. O pêndulo balístico tem como principal finalidade encontrar a velocidade inicial de um projétil ao sair do cano de uma arma de fogo. Alguns exemplos de conceitos físicos estudados no pêndulo balístico são o momento linear, conservação de momento linear, conservação de energia e outros.

- O pêndulo balístico consiste de um corpo de massa M, fixado por fios a uma haste, que sofre um deslocamento em relação à posição de repouso após a colisão com um projétil de massa m, que se encrava no bloco, de uma arma e que se deseja conhecer a velocidade inicial de disparo V , Figura 1. Na Figura 1 o ângulo p ⍺ e a altura h são, respectivamente, os deslocamentos angular e linear medidos em relação a posição de repouso após a colisão e que são utilizados para encontrar V . p

A colisão que ocorre no pêndulo balístico é do tipo Colisão Completamente Inelástica (CCI) que é uma classificação de colisão do tipo inelástica. As colisões se classificam basicamente em dois tipos: elásticas e inelásticas. As colisões elásticas ocorrem quando há a conservação da energia cinética. As colisões inelásticas ocorrem quando não há a conservação da energia cinética. Em todo o tipo de colisão, sempre há a conservação do momento linear (YOUNG; FREEDMAN, 2003).

Diante do exposto, esta proposta de pesquisa tem por objetivo a medição da velocidade inicial de disparo V de uma arma, através de pêndulo balístico de baixo p custo e assistido pelo Arduino. Ademais, o estudo da programação do Arduino e a comparação entre modelos teóricos e experimentais são partes essenciais da

pesquisa. A proposta está sendo desenvolvida por meio do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC) no Instituto de Educação, Agricultura e Ambiente (IEAA) da Universidade Federal do Amazonas (UFAM).

Figura 1: Representação de um pêndulo balístico.

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Fonte: Blog carlamcoelho 1

A escolha do tema da proposta da pesquisa ocorreu por haver poucos trabalhos na temática do pêndulo balístico e Arduino. Ao realizar uma busca na base Google Acadêmico, com as palavras-chave 'Arduino' (Arduino) AND 'ballistic pendulum' (pêndulo balístico), encontramos apenas o trabalho de Milutinovic et al. (2019). Também foi realizada uma busca com os mesmos descritores no portal de periódicos Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), mas não foram encontrados trabalhos. Acredita-se que uma das razões para escassez de trabalhos nessa temática seja porque o pêndulo balístico tornou-se obsoleto para fins comerciais, sendo substituído por cronógrafos balísticos digitais, que são mais precisos.

No trabalho realizado por Milutinovic et al. (2019), o autor apresenta dois métodos matemáticos para calcular V e o design conceitual do experimento para p medir V . No design conceitual do experimento, propõe-se o uso de um codificador p para medir o ângulo ⍺ , este valor é armazenado e processado no Arduino para apresentar o valor Vp . A implementação não é realizada, sendo sugerida para trabalhos futuros.

No presente trabalho, já foram realizadas a revisão bibliográfica sobre o Arduino, a escolha dos sensores a serem utilizados e a construção do código de aquisição de dados. O Arduino a ser utilizado é o Arduino Uno R3 e o sensor sônico de distância é o HC-SR04. Ambos foram escolhidos pelo baixo custo financeiro. Por segurança, a arma a ser utilizada será uma arma de ar comprimido por mola mecânica.

O sensor sônico de distância HC-SR04, Figura 2, será o responsável por medir a altura h e consequentemente determinar o valor de V . O HC-SR04 envia p um pulso inicial de 10µs que inicia a transmissão de dados. Em seguida é transmitido 8 pulsos de 40kHz e espera o sinal de retorno em nível alto/high. O

fabricante nos informa que a distância mínima e máxima realizada pelo HC-SR04 é de 2,0 cm e 4,0 m, respectivamente, e aconselha a realizar 1 medida a cada 60 ms para prevenir interferência entre os sinais emitidos e recebidos. Mais informações técnicas sobre o HC-SR04 podem ser encontradas gratuitamente no site da SparkFun Electronics.

Figura 2: Sensor de sônico de distância, HC-SR04 Fonte: Multilógica-Shop 2

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Os ensaios experimentais estão atrasados conforme planejamento do projeto, pois os testes experimentais deveriam ocorrer nas dependências do laboratório de física do IEAA/UFAM e as atividade presenciais da UFAM estão suspensas por tempo indeterminado, de acordo com a decisão ad referendum do Conselho Universitário (CONSUNI) da UFAM de 31 de março de 2020, devido a pandemia de covid-19.

Espera-se, a partir da realização deste trabalho, obter benefícios para a formação inicial do discente e continuada do docente por meio da incorporação das Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs) na prática diária educacional; ampliação de estudo teórico e experimental de outros temas mais complexos utilizando o Arduino; observação entre o modelo teórico e experimental de um tema/conceito estudado; validação ou invalidação de hipóteses para solução de problemas no decorrer da prática experimental. Tais contextos auxiliam para um aprendizado profundo e significativo do tema.

## Referências

ARDUINO: The Documentary. Direção: Rodrigo Calvo e Raúl Alejos. Produção: Gustavo Valera. Espanha. Produtora: LABroal Centro de Arte y Creación Industrial. 2010, (28 min). Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=SiTmTP\_F6so. Acessado em 08 abr. 2019.

COLUCI, V. R. et al . Ilustração de incertezas em medidas utilizando experimentos de queda livre. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 35, n. 2, p. 1-6, 2013.

CORDOVA, H.; TORT, A. C. Medida de g com a placa Arduino em um experimento simples de queda livre. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 38, n. 2, e2308, 2016.

DWORAKOWSKI, L. A. et al . Uso da plataforma Arduino e do software PLX-DAQ para construção de gráficos de movimento em tempo real. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 38, n. 3, e3503, 2016.

MILUTINOVIC, J M et al . The application of the ballistic pendulum for the bullets velocity measurements. Iop Conference Series : Materials Science and Engineering, [S.L.], v. 659, p. 012016-012023, 31 out. 2019. IOP Publishing. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899x/659/1/012016.

SOUZA, A. R. et al . A placa Arduino: uma opção de baixo custo para experiências de física assistidas pelo PC. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 33, n. 1, p.01-05, 2011.

YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física I: Mecânica. 10 ed. São Paulo: Addison Wesley, 2003.