Monday, December 18, 2017

Analysis of the sound produced by a string's first and second harmonics


A common technique to produce a unique sound from a classical guitar is capable of making a string vibrate on the second harmonic. The differences between the first harmonic and second harmonic of the same string is analyzed on the spectrogram of the recorded sound bellow. The spectrogram is a frequency(y-axis) per time (x-axis) graph colored according to intensity.

Left - 1st Harmonic, Right - 2nd Harmonic
It's noticeable that the two sounds consist of long streaks on certain frequencies. These dominant frequencies are listed bellow:
First harmonic: 5614, 4974, 4654, 4305, 3956, 3636, 3316, 2967, 2647, 2327, 1978, 1658, 1338, 989, 669 and 320Hz.
Second harmonic: 4625, 3985, 3316, 2647, 1978, 1309 and 669Hz
The second harmonic has small streaks between it's few long streaks. These small frequency lines which end after approximately 100 milliseconds are probably stopped from vibrating after the index finger of the player is removed from the string. This movement is part of the technique to create the second harmonic sound. It also seems that the second harmonic has a higher pitch in comparison to the first harmonic.

Saturday, October 21, 2017

Estudo dos efeitos das associações entre resistores

Estudo dos efeitos das associações entre resistores
Augusto Muniz,  Rodrigo P. Oliveira, Gabriel Gomes, Eduardo M. da Costa, Pedro Iran, Derek Moura
Colégio Bahiense, Unidade Jacarépagua, Turma M21
(19 de Outubro de 2017)
Neste estudo de resistores nós utilizamos um amperímetro para medir a diferença de corrente elétrica entre dois circuitos com a mesma quantidade de resistores de 1Ω. Após medir a voltagem que nossas duas baterias que alimentavam o circuito, comprovamos que os resistores conectados em série resultaram em uma resistência equivalente superior ao circuito onde estavam arranjados em paralelo. Utilzando as equações ôhmicas chegamos à 96% de aproximação ao resultado teórico.


Abstrato
Um resistor é um elementro eletrônico que introduz resistência à o sistema. O único material no qual ao passar uma corrente não possui resistência são os chamados supercondutores, com essa exceção, todos componentes eletrônicos podem ser considerados resistores acidentais. Porém, quando falando de resistores é implicado que se fala sobre componentes que foram criados com o intuito de gerar uma resistência em específica.
O comportamento de um resistor ideal é descrito pela Lei de Ohm, que estabelece que a corrente por um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à voltagem entre os dois pontos. A proporcionalidade entre a voltagem e corrente é determinada pela resistência do sistema. Uma consequência da resistência em um circuito é o efeito Joule. Quando um condutor possui uma diferença de potencial o responsável pela aceleração de elétrons é o campo elétrico. Contudo, durante o caminho alguns elétrons são refletidos por uma colisão com um átomo do condutor. Após a colisão, o elétron ganha velocidade em uma direção aleatória e acaba utilizando mais da energia potencial do campo elétrico do que seria necessário para chegar no outro lado sem colisões. A energia do campo elétrico que foi gasta pela colisão é transformada em energia térmica do condutor.
Materiais
Os circuitos elétricos usados para este experimento possuem apenas resistores de 1Ω. Os dois circuitos são alimentados por duas baterias de 1.5v em série, resultando em uma voltagem de 3v. Os componentes foram fixados na placa de circuito pelo processo de soldagem, no qual utilizou-se uma liga metálica de baixo ponto de fusão e um ferro de solda.
Ambos circuitos necessitam que o amperímetro esteja conectado ao sistema para que funcionem.


Procedimento Experimental
Ao colocar as pilhas de 1.5 volts em seus compartimentos e conectar o amperímetro ao circuito onde os resistores estão em paralelos detectou-se uma corrente de aproximadamente 1.9 A. Logos após, usou-se o voltímetro para detectar a voltagem do circuito, que era por volta de 2.78 volts. Fazendo o mesmo procedimento no circuito onde os resistores estão organizados em séria, a corrente medida foi, desta vez, de 0.64 A. A voltagem no entanto continuou a mesma. Ambos circuitos utilizaram as mesmas pilhas.
Conclusão
Utilizando a Lei de Ohm é possível calcular a resistência equivalente do sistema. O nosso circuito em paralelo, teoricamente, teria uma resistência total de 0.333Ω, porém a resistência experimental calculada foi de 1.635Ω. Enquanto isso a resistência teórica do nosso circuito de resistores em série era de 3Ω e a resistência experimental foi de 4.343Ω. A variação entre a resistência experimental e teórica é de 1.302Ω para o primeiro circuito e 1.343Ω para o segundo. A semelhança entre essas variações do teórico é uma evidência de que a suas causas são as mesmas. Essa causa seria a resistência de todos componentes externos e internos dos dois circuitos que não são parte dos resistores sendo analisados. Por essa razão, diminuindo-se a média entre as duas variações entre o experimental e teórico dos resultados de resistência do experimento teórico é possível chegar na real resistência dos resistores experimentais.
Assumindo essa conclusão, o valor da resistência equivalente do circuito de resistores paralelos foi medido experimentalmente como de 0.312Ω. O circuito em série, por sua vez, possui uma resistência experimental de 3.02Ω. Com isso, calcula-se uma precisão de 96% para as equações da lei de ohm e de associação de resistores. 
commentary 30/10/2017 : (Error bar wasn't done correctly) 
Referências bibliográficas



Sunday, August 20, 2017

Single mirror interference fringes

A green laser beam hitting a mirror at an angle close to zero degrees formed an image on the wall in front of the mirror and behind the laser source. This image contained the reflected laser and near it the center of a interference pattern with fringes. Moving the laser closer to the mirror without changing angle of incidence had no effect whatsoever on the fringes. But when moving the angle of incidence the fringes moved away from the center when increasing the angle and towards the center when decreasing it. The interference pattern seems to be partially blocked by the laser light source and my hand. Possibly the interference was caused by a reflective component inside of the laser that bounced the light back a second time on itself.


Lloyd's Mirror attempt

In this attempt to reproduce the Lloyd's Mirror experiment done in 1834 a red laser was used. The laser beam at a small angle hit the face of a mirror that was parallel to the ground and perpendicular to the wall where the image was formed. The image consists of a bright column in the center formed by triangle-like spots stacked one after the other. Around the central column small dark lines parallel to each other can be seen crossing the red interference background.

Saturday, July 22, 2017

The interference patterns of light when passing through different types of slits

In this experiment I shined laser light of 532nm of wavelength on different types of carefully made aluminium foil cutouts. The images were captured using a webcam in front of the wall the laser was pointed at. Eye protection is advised due to the reflective nature of the foil. On the right you have sketches representing the aluminium foil where black represents the aluminium, white represents gaps of air and the green dot represents the position where the laser was shined at. Next to those you have the pictures taken by the webcam of the respective diffraction pattern.
1. Single Slit

A single line formed by wide strikes with a bright flat center

2. Double Slit

A single line formed by short strikes with a bright flat center.

3. Half Slit


A single line with a bright round center.

4. Cross Slit


Two parallel lines formed by wide strikes with a bright cross center.

5. V-Slit


Similar to Cross Slit pattern except for angle between lines.

Sunday, June 4, 2017

Resultados da Construção de uma Bateria Cobre-Alumínio

Resultados da Construção de uma Bateria Cobre-Alumínio
Augusto Muniz, Gabriel G. Ferreira, Eduardo M. da Costa, Luiz Z. G. Lopes, Derek G. R. Moura
Colégio Bahiense, Unidade Jacarépagua, Turma M21
(2 de Junho de 2017)
Nosso grupo teve sucesso na construção de uma bateria capaz de gerar  aproximadamente 6.2 volts muito similar à Pilha de Volta construída por Alessandro Volta em 1791 usando apenas materiais encontrados no cotidiano. Para construir a bateria nós utilizamos moedas de 5 centavos, folhas de alumínio e pedaços de papelão embanhados em uma solução de ácido acético.



1.        INTRODUÇÃO
Em 1791 Alessandro Volta, físico e químico italiano, publicou seus experimentos executados com um dispositivo que era capaz de gerar uma corrente elétrica por materiais condutores, A Pilha de Volta. Antes de Volta a única forma de experimentar com eletricidade era utilizando geradores eletrostáticos como as Garrafas de Leiden que produziam corrente elétricas muito curtas. A criação dessa fonte de diferença de potencial elétrico desencadeou uma explosão de desenvolvimento na área do electromagnetismo, cientistas começaram a testar os efeitos da eletricidade em múltiplos materiais, frequentemente descobrindo novas propriedades elétricas de forma acidental.
A pilha construída por Volta era formada por discos de zinco e cobre separados por discos de feltro encharcados em uma solução de ácido sulfúrico. A Pilha de Volta possuía 28 células e hoje é estimado que gerava aproximadamente 21.2 volts, 0.76 volts por célula. O maior problema da Pilha de Volta é que o eletrólito, ácido sulfúrico, além de ser perigoso de manusear, produzia gás hidrogênio  que acumulava na placa de cobre e subia para o espaço entre o eletrólito e a placa de zinco. Esse acumulo de gás hidrogênio iria lentamente diminuir o contato do eletrólito com a placa de zinco, dificultando a produção do diferencial de potencial.
Apesar da Pilha de Volta ser chamada de pilha ela é na realidade uma bateria. Pilhas possuem apenas dois eletrodos e um eletrólito, formando assim uma célula. Mas a pilha de Volta é uma bateria com múltiplas células ligadas em série, portanto, a voltagem total aumenta para cada célula adicionada.
2.        MATERIAIS UTILIZADOS
Para a construção da bateria nós utilizamos moedas brasileiras de 5 centavos para serem os anodos pois essas moedas são revestidas de cobre. Os catodos são discos do tamanho das moedas feitos com papel alumínio. Além disso nós utilizamos discos de papelão com o formato das moedas para serem o meio contendo o eletrólito.
Algumas moedas possuíam quantidades relevantes de óxido de cobre e Diidróxicarbonato de Cu-II devido a corrosão do cobre ao longo dos anos. Por isso, nós emergimos as moedas em uma solução de ácido acético que reagiu com os compostos produzidos pela corrosão formando sais que permaneceram diluídos na solução. Depois de retirar as moedas da solução nós limpamos elas com água corrente até adquirirem uma aparência brilhante.
Na construção do eletrólito entre as placas de cobre e alumínio nós utilizamos vinagre, uma solução de baixa concentração de ácido acético originado da fermentação da cidra. Os discos de papelão foram mergulhados no vinagre por alguns minutos até terem absorvido o máximo de solução possível.
3.        PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
                Após o preparamento dos materiais nós empilhamos os discos que formam a bateria de forma que todas células teriam uma moeda de cobre na base, um disco de papelão com ácido acético no meio e um disco de alumínio no topo.
                Quando a bateria começou a mostrar sinais de falhas estruturais pela sua altura nós decidimos que ela tinha células suficientes. Nós construímos uma bateria com 15 células.
                Para determinar se a bateria tinha capacidade de gerar corrente elétrica nós utilizamos um voltímetro elétrico e também utilizamos a bateria para alimentar 3 lampadas LEDs. Todos os testes foram feitos logo após a bateria ser banhada em ácido acético. Ligando o fio positivo do voltímetro à base de nossa bateria e o negativo à última célula nós medimos uma voltagem de aproximadamente 6.2 volts. Quando ligando o fio positivo vermelho do circuito dos 3 LEDs à base de nossa bateria e o fio negativo ao topo da bateria as lampadas LEDs se ligaram.
4.        CONSIDERAÇÕES FINAIS
                Nossa bateria produziu em torno de 6.2 volts e possuía 15 células. Portanto, a bateria produz 0.41 volts de força eletromotriz por célula. Enquanto isso é acreditado que a pilha de volta produzia 0.76 volts. Essa diferença existe pela diferença dos materiais do catodo e anodo, que possuem variações de energia diferentes nas reações químicas que ocorrem dentro da bateria.



REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Tuesday, November 8, 2016

Simulador de Dilatação Térmica em C++ - Portuguese

#include<iostream>
#include<string>

using namespace std;
int main ()
{
double DL;
double DT;
double Lo;
double L;
double alpha;
double material;

system("color 0C");
cout << "||||BBBB||||RRRRRR||U|||||U||NN||||N||OOOOO||\n||||B|||B|||R||||R||U|||||U||N|N|||N||O|||O||\n||||B|BB||||R|||||R|U|||||U||N||N||N||O|||O||\n||||BBBB||||R||||R||U|||||U||N|||N|N||O|||O||\n||||B|||B|||RRRR||||U|||||U||N||||NN||O|||O||\n||||B|||B|||R||R||||UU|||UU||N|||||N||O|||O||\n||||BBBB||||R|||R|||||UUU||||N|||||N||OOOOO||\n";
cout << "Bem-vindo ao simulador de dilatacao termica, para continuar pressione enter.";
cin.get();
cout << "A funcao deste programa e de calcular a variacao de comprimento de um objeto metalico produzida pelos efeitos da dilatacao termica."<< endl;
cout << "Este programa foi escrito por Eduardo Monteiro da Costa para o trabalho de fisica.";
cin.get();
cout << "Insira o numero que corresponde ao material do objeto da lista abaixo: \n1. Ferro \n2. Aluminio \n3. Ouro \n4. Cobre";
cin >> material;
if (material == 1){
alpha = 0.000011;
}
if (material == 2){
alpha = 0.000023;
}
if (material == 3){
alpha = 0.000014;
}
if (material == 4){
alpha = 0.000017;
}
cout << "Insira o comprimento inicial do objeto. (metros)";
cin >> Lo;
cout << "Insira a variacao de temperatura. (celsius)";
cin >> DT;
cin.get();
DL = Lo*alpha*DT;
L = Lo+DL;
cout << "A variacao de comprimento foi de: "<< DL <<" metros."<< endl;
cout << "O comprimento inicial foi de: "<< Lo <<" metros."<< endl;
cout << "O comprimento final foi de: "<< L <<" metros."<< endl;
cout << "A variacao de temperatura foi de: "<< DT <<" celsius."<< endl;
cin.get();
cout << "Terminando o programa..."<< endl;
cin.get();
system("PAUSE");
}