Alunos desenvolvem equipamento didático que simula efeito de terremoto

Reaproveitando material já inutilizado, grupo criou dispositivo que ajuda a explicar o fenômeno da ressonância

Por - Editorias: Universidade - URL Curta: jornal.usp.br/?p=205767
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Os estudantes Renan dos Reis, Solano Felicio e Pedro Hiroshi, responsáveis pelo projeto – Foto: Rui Sintra / IFSC

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Renan dos Reis, Solano Felicio e Pedro Hiroshi são alunos do segundo ano do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP. Juntos, ainda no início da graduação, eles desenvolveram um equipamento que ajuda a explicar, na prática, o fenômeno da ressonância, essencial para entender os efeitos de terremotos em construções.

Estudantes de Ciências Físicas e Biomoleculares, Física e Física Computacional, eles cursaram no final de 2017 a disciplina Laboratórios de Física II, na qual precisaram preparar um seminário sobre vibrações e ressonância. Aproveitando uma máquina que pertencia a um projeto antigo e já abandonado, os três jovens transformaram aquilo que à primeira vista era considerado “ferro-velho” num equipamento funcional, que mostrava como um terremoto pode afetar prédios e outras estruturas.

O grupo propôs um dispositivo voltado a demonstrações em sala de aula, baseado em ressonância em hastes cilíndricas. Ele consiste em um aro com varetas de diferentes comprimentos ligado a uma fonte de vibração, que é um disco desbalanceado rodando sob o efeito de um motor. Quando o dispositivo é ligado, observa-se que uma das varetas vibra muito mais intensamente do que as demais, fenômeno chamado de ressonância. Este efeito, no caso de um terremoto, potencializa a destruição de estruturas como os edifícios.
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Dispositivo desenvolvido pelos estudantes do Instituto de Física de São Carlos – Foto: Arquivo pessoal dos estudantes

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“Dependendo da frequência predominante emitida por um terremoto, ele afeta com maior ou menor intensidade as estruturas que tenham maior ou menor altitude, e essa máquina abandonada era o ideal para nós avançarmos com o projeto, quase sem custos, fazendo um paralelo entre ressonância em hastes e danos sofridos por prédios de diferentes tamanhos”, explica Renan. O instrumento foi adaptado às necessidades de pesquisa dos alunos e apresentado ao professor Fernando Paiva, que incentivou os jovens a escreverem um artigo, publicado em maio deste ano na Revista Brasileira de Ensino de Física.

A frequência de vibração do equipamento é ajustável. É possível demonstrar, por exemplo, que varetas menores ressoam em frequências maiores, permitindo que se faça uma análise qualitativa e quantitativa dos chamados modos de vibração. Além disso, o experimento também permite medir o módulo de elasticidade, uma propriedade do material de que as hastes são feitas.

A utilidade didática dessa ferramenta é que podemos testar diretamente as equações de vibração em corpos cilíndricos, usando diversas variáveis. Se mudarmos a frequência, isso afeta o padrão de vibração observado nas hastes, conforme seu comprimento; por outro lado, se mudarmos os materiais, podemos observar como a frequência de ressonância se comporta e comparar com o que era esperado. Assim, fica mais palpável o que diz a teoria”, pontua Solano.

O aluno acrescenta que o estudo de resistência dos materiais é essencial em muitas áreas da engenharia. “Com algumas melhorias, também é possível que a máquina seja útil em engenharia, para medida de módulos de elasticidade”, diz Renan.

Mas, segundo os estudantes, o aproveitamento deste equipamento para fins didáticos permanece como o grande objetivo do trabalho. “Um dos métodos didáticos que julgamos importantes é ter uma demonstração visual que possa se aliar às questões teóricas, ao modelo matemático do sistema. A máquina está pronta para ser utilizada em sala de aula, para testar certos tipos de material, como outras ligas metálicas, e estamos cogitando a forma de podermos simplificar a replicação desta máquina, incentivando sua construção para que mais delas possam ser usadas em outras universidades”, afirma Pedro.

Rui Sintra / Assessoria de Comunicação do IFSC

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