relatório a.l 2.1 osciloscópio (elisabete teixeira nº8)

Escola Secundária de Valongo Ano lectivo 2010/2011

Física e Química A – 11º Ano

Relatório

Título: Osciloscópio

Elisabete Teixeira nº8

11ºCT1

Actividade 2.1 – Problema: Será o osciloscópio uma forma de identificação

alternativa à impressão digital? Como reconhecer uma pessoa pela voz com o auxílio do

osciloscópio?

Introdução TeóricaO som:

O som provém da vibração de corpos, ou seja, não há som se não existir

vibração. Este propaga-se pelo meio através de ondas sonoras. As ondas sonoras são

ondas mecânicas (necessitam de um meio para se propagarem) e longitudinais (o

movimento das partículas dá-se na direcção da propagação da onda.

Estas ondas propagam-se em todas as direcções, existindo uma transferência de

energia de umas moléculas para as outras ao longo da propagação.

Um som tanto pode ser sinusoidal

(Fig.1) como complexo (Fig.1). Um som

sinusoidal, é um som que pode ser descrito por

uma função seno ou co-seno. Estes sons

representam sons puros que têm como

principais características a intensidade (forte

ou fraco – relaciona-se com a amplitude) e a

altura (grave ou agudo – relaciona-se com a frequência).

Fig. 1 Sons complexo seguido de sons puros

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Por outro lado, observa-se que a maior parte dos sons não são sinusoidais, ou

seja, não são puros. No dia-a-dia deparamo-nos com um misto de sons que são

afigurados por sons complexos. Um som complexo é a soma ou sobreposição de sons

puros.

O osciloscópio e o seu funcionamento:

O osciloscópio (Fig.2) é basicamente um dispositivo preciso de visualização

gráfica que mostra os sinais eléctricos variáveis no tempo. No eixo vertical, denominado

Oy, representa-se a tensão e no eixo horizontal, denominado Ox, representa-se o tempo.

Este aparelho pode ser analógico ou digital e possui diversos constituintes, entre

eles, os mais importantes:

Ecrã fluorescente (ou anteparo – onde é possível visualizar e medir

amplitudes, períodos, frequências e desfasamentos com elevado grau de

precisão;

Tubo de raios catódicos (TRC -principal elemento do osciloscópio - onde

ocorrem os fenómenos eléctricos);

Base de tempo;

Amplificador (condiciona adequadamente o sinal de entrada);

O osciloscópio mostra sinais eléctricos num ecrã que possui átomos com

propriedades fluorescentes. Dentro do mesmo, existe um tubo sem ar que contém um

filamento aquecido. Este filamento emite um feixe de electrões que é projectado e choca

com o ecrã fluorescente do osciloscópio a altas velocidades (TRC), excitando os átomos

com propriedades fluorescentes. É, então, produzida uma cintilação representada no

ecrã do aparelho.

Uma grande vantagem do osciloscópio é que permite efectuar medições de

correntes contínuas e, também, de correntes alternadas. Uma outra vantagem, é a

possibilidade de visualização de dois sinais em simultâneo. Isto deve-se à existência de

dois canais de entrada de corrente.

Este tem as mais diversas utilidades, podendo ser utilizado em diagnósticos

médicos, mecânica de automóveis ou prospecção mineral, por exemplo.

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Sofreu, até hoje, os mais diversos melhoramentos e passou a ser utilizado para os

mais diversos fins, acabando também a ser fabricado com diferentes características e

distintos recursos adicionais que permitiram ainda uma maior precisão.

Como utilizar o osciloscópio?

Fig.2 Osciloscópio

digital

Power: Liga e desliga o osciloscópio.

Intensidade: Ajuste de intensidade de brilho.

Focus: Ajuste do foco do feixe electrónico.

Posição: b Posiciona verticalmente o feixe.

Posição: ↔ Posiciona horizontalmente o feixe.

Chave AC/DC/GD: Na posição AC, permite a leitura de sinais alternados, retirando

qualquer componente DC do sinal de entrada. Na posição DC, permite a leitura de sinais

DC e AC com ou sem componente DC e na posição GD a entrada vertical.

Volts/Div.: Atenuador vertical que gradua cada divisão na tela na direcção vertical.

Tempo/Div.: Base de tempo que gradua cada divisão na tela, na direcção horizontal.

Chave INT./EXT./REDE: A posição INT., permite a utilização do sincronismo

interno, na posição EXT. dá acesso à entrada de sincronismo esterno e na posição rede,

sincroniza a varredura com a rede eléctrica.

Chave +/- : Permite seleccionar a polaridade de sincronismo da figura na tela.

Nível Sinc.: Permite o ajuste do nível de sincronismo.

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Cal.: Saída de um sinal interno de frequência e amplitude definidas, utilizado para

referência e calibração.

Ent. Vertical: Conector para ligação de ponta de prova para o acesso ao estágio

vertical.

Ent. Horizontal ou Sinc. Ext. : Conector para ligação de ponta de prova, utilizado para

o acesso ao estágio horizontal, ou de sincronismo, conforme posicionamento dos

controles de varredura (INT.) ou sincronismo (EXT.).

TRIGGER: Mobilização da imagem presente no ecrã.

http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/farias/materiais/Exp_5_Osciloscopio.pdf ; 15/01/2011

Material:

Osciloscópio digital

Microfone (aparelho electrónico que converte ondas sonoras em sinais eléctricos)

Fios de ligação

Altifalantes (aparelho electrónico que converte sinais eléctricos em ondas sonoras)

Diapasão (aparelho metálico que, através da vibração, gera sinais sinusoidais de uma

determinada frequência)

Gerador de sinais (aparelho capaz de gerar ondas sinusoidais, triangulares ou

quadradas)

Segurança:

É de notar que o osciloscópio é uma espécie de voltímetro sofisticado que

trabalha em paralelo e que exige certos cuidados para que não se danifique. Desta

forma, a luminosidade do ecrã deve ser controlada.

Por outro lado, a experiência não possui qualquer risco para a vida humana, não

exigindo, assim, procedimentos de segurança.

Procedimento:

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http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/farias/materiais/Exp_5_Osciloscopio.pdf



1. Iniciou-se a experiência com uma breve explicação sobre o funcionamento

do osciloscópio e seus componentes.

2. Ligou-se o osciloscópio e o gerador de sinais em paralelo.

3. Procedeu-se aos ajustes necessários, nomeadamente ao ajuste da frequência

do sinal enviado pelo gerador.

4. Ligaram-se os altifalantes.

5. Estabilizou-se o sinal no ecrã do osciloscópio através do botão TRIGGER.

6. Registaram-se os dados do sinal sinusoidal enviado pelo gerador.

7. Desligou-se o gerador de sinais.

8. Ligou-se o microfone ao segundo canal de entrada e falou-se para o mesmo,

de modo a observar um outro sinal (complexo).

9. Repetiu-se o mesmo processo recorrendo ao uso de um diapasão (som puro).

Registo de dados e observações:

Após os ajustes necessários, procedeu-se ao registo dos dados presentes no

anteparo do osciloscópio. Verificou-se que no eixo vertical, cada divisão correspondia a

50mV (50mV/Div.) e que a amplitude ocupava duas divisões do eixo.

No entanto, foi primeiramente medida a incerteza. Sabendo que a incerteza é

metade da menor divisão da escala, tem-se que:

Incerteza = menor divisão da escala / 2;

IncertezaOy = (50/5) / 2 = 5mV= 0,005V

IncertezaOx = (2/5) / 2 = 0,2 ms = 2x10-4 s

Desta forma, calcula-se a amplitude do sinal:

A = nº de divisões x nº de V

A = 2 x 50 = 100mV = (0,100+/- 0,005V)

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Mediu-se também o período, verificando que segundo o eixo Ox, a partícula

completava um período ao fim de 1,2ms e cada divisão correspondia a 2ms. Assim:

T = 2 x 1,2 = 2,4ms = (2,4x10-3 +/- 2x10-4 s)

Obtendo o período, aplicou-se a fórmula: f = 1/T de modo a calcular a

frequência de emissão do sinal.

f = 1 / 2,4 = 0.417kHz = 417 Hz

Após o cálculo da amplitude, do período e da frequência, é possível escrever

uma expressão que traduza a variação de tensão com o tempo.

U = Asen(2πft) SI, logo,

U = 0,100sen(2π417) SI

U = 0,100sen(834π) SI

Esta expressão caracteriza o sinal sinusoidal observado no anteparo.

É ainda possível calcular a tensão eficaz:

Uef = Umáx / √2 ;

Uef = 0,100 / √2 = 7,1x 101

Análise crítica dos resultados:

Verificou-se que o sinal emitido tinha uma frequência de 370Hz, enquanto que a

frequência calculada toma o valor de 417Hz. Através da comparação destes valores é

possível concluir que existiram erros de medição. Assim, calculou-se o erro:

e = (│Vreal - Vmedido│ / Vreal ) x 100

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e = (│370 - 417│/ 370) x 100

e = 12,7% ≈ 13%

A partir do cálculo do erro, é possível concluir que existiram erros de medição

relevantes. Uma vez que o osciloscópio é um aparelho preciso, conclui-se que os erros

ocorridos se deveram às leituras e arredondamentos efectuados.

Resposta ao problema:

Será o osciloscópio uma forma de identificação alternativa à

impressão digital? Como reconhecer uma pessoa pela voz com o auxílio do

osciloscópio?

Antes de dar resposta às questões, devem-se esclarecer certos conceitos, tais

como: voz, timbre e frequência.

Da mesma forma que todos os sons resultam da vibração dos corpos, a voz

humana resulta da vibração das cordas

vocais (Fig.3). Já o timbre depende

das várias cavidades que vibram em

ressonância com as cordas vocais,

como é o caso das fossas nasais,

cavidades ósseas, garganta, entre

outras. Este permite a distinção entre

dois sons com a mesma intensidade e

frequência mas produzidos por

instrumentos ou pessoas diferentes.

Fig.3 Cordas Vocais em diferentes estágios

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A voz, tal como qualquer outro som, possui uma frequência. É de notar que o

ouvido humano pode captar frequências dos 20Hz aos 20 000Hz mas que nem toda a

gente tem o mesmo limiar de audição.

Uma vez que todos os seres humanos são geneticamente diferentes,

desenvolvem também estruturas corporais diferentes. Em suma, se não existem à face

da Terra dois indivíduos com a mesma impressão digital, também não existem dois

indivíduos com as mesmas características vocais.

Assim, é possível concluir que a resposta à primeira questão é «Sim». O

osciloscópio pode ser reconhecido como uma alternativa à impressão digital. Este facto

deve-se ao timbre, graças ao qual os seres humanos possuem vozes com características

distintas e identificáveis.

O sistema de reconhecimento de voz implica a presença de um osciloscópio, seja

ele analógico ou digital, e de um microfone para onde alguém fala. O som é captado

pelo microfone que através da vibração de uma membrana presente num campo

magnético, converte a informação sonora num sinal eléctrico com a mesma informação.

Essa informação, por sua vez, é transportada para o osciloscópio que, através dos

processos acima descritos, a vai representar.

Após a representação da onda, esta é filtrada de modo a eliminar ruído de fundo

e, mais tarde, comparada com outros registos de voz. Essa comparação pode ser feita

através de uma frase ou até mesmo através de uma única palavra.

Ao contrário do que se pensa, este método de identificação alternativo é bastante

fiável, funcionando mesmo que uma pessoa se encontre rouca ou constipada. Isto deve-

se aos métodos sofisticados de filtração do som.

Deve-se ter em conta que o osciloscópio não é, por si só, suficiente. Este requer

a utilização de softwares adequados ao que se pretende.

Bibliografia: Internet:

1. http://www.youblisher.com/p/12612-2-1-Osciloscopio/ ; 06/01/11

2. http://www.if.ufrj.br/teaching/oscilo/intro.html ; 07/01/11

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3. http://www.del.ufms.br/tutoriais/oscilosc/oscilosc.htm ; 07/01/11

4. http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/farias/materiais/

Exp_5_Osciloscopio.pdf ; 15/01/11

5. http://www.deetc.isel.ipl.pt/electronica/leic/fae/aparelhos/

osciloscopio_avert2.htm ; 15/01/11

6. http://www.cefetsp.br/edu/apuzzo/osc/osc_1.htm ; 15/01/11

7. http://pt.wikipedia.org/wiki/Voz_humana ; 15/01/2011

8. http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/fisica/11osciloscopio.htm ; 16/01/11

9. http://pt.wikipedia.org/wiki/Oscilosc%C3%B3pio ; 18/01/11

Manuais:

1. “11 F” – Manual | Física e Química 11º/12º ano; VENTURA, Graça; FIOLHAIS,

Manuel e Carlos; PAIVAS, João; FERREIRA, António José. Texto Editores

2009.

2. “11 F” – Caderno de exercícios e problemas | Física e Química 11º/12º ano;

VENTURA, Graça; FIOLHAIS, Manuel e Carlos; PAIVAS, João; FERREIRA,

António José. Texto Editores 2009.

A.L 2.1 (11/01/2011)

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http://pt.wikipedia.org/wiki/Oscilosc%C3%B3pio

http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/fisica/11osciloscopio.htm

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http://www.del.ufms.br/tutoriais/oscilosc/oscilosc.htm



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relatório a.l 2.1 osciloscópio (elisabete teixeira nº8)

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