Alunos da USP São Carlos desenvolvem equipamento didático que simula efeito de terremoto

Renan dos Reis, Solano Felicio e Pedro Hiroshi são alunos do 2º ano do Instituto de Física de São Carlos (USP), pertencentes aos cursos de Ciências Físicas e Biomoleculares, Física, e Física Computacional: até aqui nada de extraordinário, mas, qual é o particular interesse em torno destes três jovens?

Em finais de 2017, na disciplina “Laboratórios de Física II”, os jovens tiveram que preparar um seminário que abordava os temas “vibrações e ressonância”, com a motivação de que podiam mostrar como um terremoto pode afetar prédios e outras estruturas. Aproveitando uma máquina que pertencia a um projeto antigo e já abandonado, os três jovens lançaram mãos à obra e transformaram aquilo que à primeira vista era considerado “ferro-velho” num equipamento funcional.

Na verdade, os jovens propuseram um dispositivo para demonstrações em sala de aula, baseado em ressonância em hastes cilíndricas. O dispositivo 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 é ligado o dispositivo, 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 edifícios.

 “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”, sublinha Renan. O instrumento foi adaptado às necessidades de pesquisa dos alunos e apresentado ao docente e pesquisador do IFSC/USP, Prof. Fernando Paiva, que incentivou os jovens a escreverem um artigo, que foi já publicado em maio deste ano, na Revista Brasileira de Ensino de Física.

Além de demonstrar o efeito de terremotos, o dispositivo tem uso como material didático. A frequência de vibração do equipamento é ajustável, mostrando 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, acrescentando 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”, acrescenta Renan.

Contudo, o aproveitamento deste equipamento para fins didáticos é, sem dúvida, o grande objetivo deste 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.

O trabalho publicado pelos alunos poderá ser consultado em http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2018-0074 (Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP)