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[Oficina_ifgw] Física para Curiosos: “Energia Solar Fotovoltaica”

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Copiando e colando e-mail recebido, apenas para divulgação.

Prezados (as):

Em continuidade ao projeto Física para Curiosos, promovido pelo Instituto de Física “Gleb Wataghin” – IFGW, no dia  12 de junho às 19 horas, será realizado virtualmente, o colóquio do Prof. Dr. Francisco das Chagas Marques, docente do IFGW. O título será “Energia Solar Fotovoltaica”.

As fontes de energia primárias atualmente utilizadas no mundo provêm dos combustíveis fósseis (petróleo, gás natural e carvão), além da energia nuclear e hidroelétrica. Todas elas acarretam graves problemas ambientais, incluindo a energia hidroelétrica, com a maior parte das reservas naturais se esgotando. Várias propostas foram investigadas e adotadas em menor escala para contornar estes problemas, sendo a conversão fotovoltaica sem dúvida uma das mais proeminentes no cenário atual. Os painéis solares requerem pouca manutenção, têm uma vida útil superior a 25 anos, não geram resíduos, ruído ou poluentes que contribuem para as chuvas ácidas e a poluição urbana. Nesta palestra serão apresentados os conceitos de geração de energia solar fotovoltaica; os processos de purificação de silício; fabricação de células solares convencionais e de terceira geração; painéis fotovoltaicos; centrais fotovoltaicas e o panorama mundial de uso de sistemas fotovoltaicos.

Venham discutir conosco os conceitos de geração de energia solar fotovoltaica, a energia do futuro!

Em virtude da pandemia de coronavírus, o evento será transmitido pelo aplicativo Zoom ( https://bit.ly/FísicaParaCuriosos_2020 ) e também pela página do IFGW no Facebook.

Participe conosco, assista online, fique em casa!

Mais informações:

Site do evento: https://sites.ifi.unicamp.br/fisica-para-curiosos/
Evento do Facebook: https://bit.ly/FísicaParaCuriosos_12Junho

Acoplamento de engrenagens: Bicicleta

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Veja abaixo a animação feita na plataforma Desmos. Observe que a velocidade dos pontos na corrente, coroa (A) e catraca (C) são iguais.

Já entre a roda (C) e a catraca (B) o que são iguais é: período (T), frequência (f) e velocidade angular (ω).

Assim, da animação acima e da discussão anterior:

$$v_A=v_B \Rightarrow \omega_A\cdot R_A=\omega_B \cdot R_B.$$
Além disso, como
$$\omega=\frac{2\pi}{T}=2\pi f$$
então
$$\frac{R_A}{T_A}=\frac{R_B}{T_B}$$
e
$$R_A\cdot f_A=R_B \cdot f_B.$$

Por outro lado, como a roda (C) e a catraca (B) possuem eixo em comum, então:
$$T_B=T_C;$$
$$f_B=f_C;\;\rm e$$
$$\omega_B=\omega_C.$$
Pela equação do movimento circular:
$$v=\omega \cdot R \Rightarrow \omega=\frac{R}{v},$$
então também temos a relação
$$\frac{R_A}{v_A}=\frac{R_B}{v_B}.$$

Veja também o gif abaixo, feito a partir da animação no Desmos.

Aguarde... Carregando.

Bicicleta Animada: coroa (A), catraca (B) e roda (C). Observe que quando a roda da uma volta, a catraca também dá.

Redirecionando às respostas

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As respostas estão separadas por turmas. Um frame é colocado na página da sua turma no site do professor Danilo, para facilitar as respostas. Veja os links abaixo:

Robótica: http://robotica.professordanilo.com/

Primeiro ano: http://fisica.professordanilo.com/1col.html

Segundo ano: http://fisica.professordanilo.com/2col.html

Terceiro ano: http://fisica.professordanilo.com/3col.html

Pré Vestibular: http://fisica.professordanilo.com/pv.html

Dúvidas de ex alunos ou pessoas que não são meus alunos: http://estudeadistancia.professordanilo.com/?p=1865

Você também pode cadastrar-se no site estudeadistancia.professordanilo.com para deixar seu comentário ou mesmo deixar uma postagem usando o facebook na página de sua turma.

Aprenda a programar

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Você tem vontade de aprender a programar? Quer mexer com arduino? Não sabe o que é programação ou o que é arduino? Sugiro um caminho possível:

  • Entre no site https://scratch.mit.edu/, faça um cadastro e procure por ajuda em canais do youtube, por exemplo. Assim, você terá uma boa noção sobre o que é programação e o que é linguagem de programação.
  • Faça cursos de introdução à programação, como os oferecidos pelo site Curso em Vídeo. Isso melhorará sua base.
  • Procure tutoriais sobre Arduino. Há muitos vídeos no youtube, por exemplo. Ah, mas se vc quiser programar o Arduino de forma mais simples, você pode usar o site https://www.tinkercad.com/ para montar circuitos e programar um Arduino. A parte mais legal é que você pode fazer isso usando a linguagem do Scratch, isto é, não precisa saber programar na linguagem do Arduino para começar a fazer seus circuitos.
  • No mesmo link anterior, você pode criar circuitos mesmo sem precisar comprar o Arduino.

Veja dois exemplos abaixo:

Exemplo do Scratch: clique na bandeira   verde abaixo e use a seta para cima para atingir o bloco de tijolo.

Abaixo, um exemplo de um circuito montado com o Tinkercad. Abra, mude, mexa e aprendam.

Clique em iniciar a simulação e, durante a simulação, clique no botão para escolher a frequência com que o led pisca.


 

 

Nova lista de exercício – Teoria da relatividade restrita

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Novas listas de exercícios disponíveis sobre teoria da relatividade restrita.

Aqui alguns exercícios sobre Teoria da Relatividade Restrita bem como um resumo sobre o assunto. As resoluções destas questões você pode baixar aqui.

Achou pouco? Aqui você pode baixar mais uma nova lista.

 

Abaixo você vê uma animação feita no desmos sobre simultaneidade.

Divita-se.

 

Link para editar no Desmos: https://www.desmos.com/calculator/ehutx0g2yl

Veja o vídeo abaixo se estiver melhor:

 




Colisão não elástica com o solo

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Como motivação inicial, comecemos com um exercício:

Uma esfera é lançada horizontalmente de uma altura igual à 19,6 m num local onde a aceleração da gravidade vale 9,8 m/s2 e colide de forma parcialmente elástica tal que e = 0,8. Construa o gráfico da velocidade versus tempo e da altura versus tempo.

Lembrando que o coeficiente de restituição, para uma colisão unidimensional, considerando o sinal da velocidade (isto é, as velocidades das partículas podem ser positivas ou negativas) é dado por:

$$e=\frac{v_B’-v_A’}{v_A-v_B}$$

Sendo vA a velocidade do corpo A antes da colisão, Sendo vB a velocidade do corpo B antes da colisão, Sendo vA‘ a velocidade do corpo A após a colisão e Sendo vB‘ a velocidade de b após a colisão, conforme desenho abaixo.

A velocidade possui sinal que depende do referencial. O esquema acima é somente ilustrativo, uma vez que após a colisão, a esfera A poderia estar indo para a direita, por exemplo, ou a B poderia se mover para a esuerda. O que importa é usar as duas equações: conservação da queantidade de movimento e conservação da quantidade de movimento.

Além da equação do coeficiente de restituição, precisamos escrever que a quantidade de movimento se conserva, isto é:

$$\Sigma Q_{inicio}=\Sigma Q_{final}\Rightarrow$$

$$Q_A+Q_B=Q_A’+Q_B’\Rightarrow$$

$$m_A\cdot v_A+m_B\cdot v_B=m_A\cdot v_A’+m_B\cdot v_B’$$

Tente resolver e verificar se esta simulação está legal.





 

Acesse o link abaixo para interagir.

https://www.glowscript.org/#/user/djkcond/folder/Mecanica/program/ColisaoComSolo

Animações em física

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Este é uma postagem que parece um tanto quanto aleatória, porém a intenção é compartilhar TODAS  as animações que fiz no DESMOS.

Usando a calculadora gráfica deles, é possível fazer muitas e muitas animações, assim esta postagem é para compartilhar tudo o que venho feito.

Vamos lá…

MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES

 

 

ONDA COMO UMA SEQUÊNCIA DE MOVIMENTOS HÃRMÔNICOS

 

ACOPLAMENTO DE ENGRENAGENS

 

VELOCIDADE DE UMA ONDA EM FUNÇÃO DA PROFUNDIDADE

 

 

REFLEXÃO DE UMA ONDA CIRCULAR

 

 

SISTEMA MASSA MOLA

 

COLISÃO BIDIMENSIONAL

 

MÁQUINA DE ATWOOD

 

 

Possuo diversos outros materiais, mas que disponibilizarei conforme for melhorando-os.

 

Cone de Mach

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  • Se uma fonte de ondas mecânicas viaja a uma velocidade superior às ondas produzidas, o conjunto de ondas produzidas permanecerão sempre dentro de um cone (caso tridimensional).
  • Este cone é chamado de cone de Mach.
  • A figura a seguir representa tal ideia.

Cone de Mach representando o ângulo de Mach θ e as distâncias percorridas pelo avião e pelo som.

dS: distância percorrida pela onda (som, por exemplo)

dA: distância percorrida pela fonte (avião, por exemplo)

θ: ângulo de Mach

  • Por geometria, temos:

$$\sin \theta=\frac{d_s}{d_A}$$

  • Note que se o ângulo for medido e a velocidade da onda conhecida (esta hipótese é bem razoável) então podemos determinar a velocidade do avião:

$$d_A  = {{d_S } \over {{\mathop{\rm sen}\nolimits} \theta }}\mathop  \Rightarrow \limits^{ \div \Delta t} {{d_A } \over {\Delta t}} = {{{{d_S } \over {\Delta t}}} \over {{\mathop{\rm sen}\nolimits} \theta }} \Rightarrow $$

$$v_A  = {{v_S } \over {{\mathop{\rm sen}\nolimits} \theta }}$$

  • Unidade mach:
    • É comum ouvir em filmes que a velocidade de um avião supersônico é mach 1, por exemplo. Esta medida expressa de quantas velocidade do som corresponde à velocidade do avião. Por exemplo, mach n significa que a velocidade do avião é

$$v_{A}  = n \times v_{S} $$

  • Note como o ângulo se relaciona com a unidade mach:

$$v_A  = {{v_S } \over {{\mathop{\rm sen}\nolimits} \theta }} \Rightarrow n \cdot v_S  = {{v_S } \over {{\mathop{\rm sen}\nolimits} \theta }} \Rightarrow $$

$$n = {1 \over {{\mathop{\rm sen}\nolimits} \theta }} \Leftrightarrow {\mathop{\rm sen}\nolimits} \theta  = {1 \over n}$$

Observe a simulação a seguir. Acesse o link ao lado para interagir: https://www.desmos.com/calculator/9qaa4pa6fp

Movimento dos átomos – estrutura cristalina

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Eis uma animação feita usando a biblioteca vpython disponível em http://www.glowscript.org/#/user/GlowScriptDemos/folder/Examples/program/AtomicSolid-VPython