FOTOGRAFANDO O QUE NÃO SE VÊ
( Premiado no 45º Concurso Cientistas de Amanhã da SBPC, Goiânia 2002 )
Rodrigo Roversi Rapozo (IC)
Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)
Pça. Mal. Eduardo Gomes, 50, Vila das Acácias, 12228-901, S. José dos Campos – SP
Clube de Ciências Quark
Rua Teopompo de Vasconcelos, 86, Vila Adyanna, S. José dos Campos – SP
www.clubequark.cjb.net
r3_rapozo@hotmail.com
Gustavo Andrade Santana (IC)
Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)
Clube de Ciências Quark
gsantana@h8.ita.br
Rafael Antonio da Silva Rosa (IC)
Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA)
Clube de Ciências Quark
rafael04ita@yahoo.com.br
Marcelo Magalhães Fares Saba (PQ)
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Av. dos Astronautas, 1758, 12001-970, S. José dos Campos – SP
Clube de Ciências Quark
saba@dge.inpe.br
RESUMO
Este nosso trabalho utiliza uma técnica muito simples para “congelar” movimentos impossíveis de se ver a olho nu. Como exemplos, podemos citar: uma bexiga estourando, uma bola se deformando ao ser golpeada, o impacto de um projétil em um alvo qualquer, etc. Fenômenos como estes puderam ser
registrados em filme fotográfico, e, o que foi ainda mais interessante, pudemos analisar a física envolvida neles. Utilizamos vários conceitos físicos e equações de cinemática para fazer alguns
cálculos baseados nas fotos obtidas. ABSTRACT
In this work, we used a very simple technique of “freezing” movements otherwise impossible to see. For example, an exploding balloon, a ball deforming when impacting against a wall, an impact of a projectile against a target, etc. Phenomena like these could be registered in a photograph film, and, even interesting, we could analyze the physics concerned with them. It has been used several concepts
1. INTRODUÇÃO
Existem na natureza muitos fenômenos que não podem ser acompanhados pela nossa visão devido à rapidez com que acontecem. Como exemplos, podemos citar: uma bexiga estourando, uma bola se deformando ao ser golpeada, o impacto de um projétil em um alvo qualquer, etc.
Este nosso trabalho utiliza uma técnica muito simples para “congelar” movimentos impossíveis de se ver a olho nu. Com ela registramos, em filme fotográfico, momentos instantâneos de diferentes fenômenos e pudemos então analisar a física envolvida neles.
2. MÉTODO
Quando tiramos uma foto permitimos que a luz refletida do objeto que se encontra na frente da máquina chegue ao filme fotográfico. Para isso, ao apertarmos o botão de disparo (chamado de
disparador), abrimos e fechamos rapidamente uma janela (conhecida por obturador) por onde entra a luz que atingirá o filme.
Em algumas máquinas o controle do tempo de exposição do filme à luz externa é ajustável. Números como 125, 60, 30, etc., indicam o tempo de abertura do obturador. Por exemplo: o número 125 indica um tempo de abertura de 1/125 segundos. Normalmente essas máquinas possuem também uma posição do ajuste do tempo chamada “B”. Colocando o ajuste de tempo nesta posição, podemos manter o obturador da máquina aberto durante o tempo em que mantivermos o disparador
pressionado.Com este recurso podemos através de uma técnica bem simples fotografar eventos muito rápidos que produzam sons intensos, por exemplo: o estouro de uma bexiga, o disparo de uma arma, etc.
2.1. Material Necessário
Máquina fotográfica com controle de tempo de exposição; Flash externo se possível com sensor de luminosidade; Tiristor TIC 106D ou equivalente;
Microfone;
Amplificador ou equipamento de som que tenha entrada para microfone e saída para caixa
acústica.
2.2. Procedimento
Em uma sala escura colocamos o que queremos fotografar de frente para a câmera.
Pressionamos o disparador da máquina, expondo o filme. Este não será sensibilizado se tivermos o cuidado de manter a sala realmente escura. Ao estourarmos uma bexiga, por exemplo, o som do estouro será captado por um microfone que, por sua vez, acionará um flash independente (separado da máquina). A luz do flash iluminará o evento que será registrado no filme. Então basta soltarmos o disparador da máquina e a foto da bexiga estourando está feita.
Para que o som do evento acione o flash ligamos o microfone em um amplificador. A saída do amplificador, ao invés de ser ligada em uma caixa acústica, deve ser ligada ao flash através de um dispositivo eletrônico conhecido como tiristor (p.ex.: TIC106D). Veja o esquema a seguir (Figura1). Essa ligação do tiristor ao flash pode ser feita utilizando-se o cabinho que normalmente acompanha os flashes. Corta-se a ponta que normalmente seria encaixada na lateral da máquina fotográfica, ligando-se os dois fios ao SCR como no esquema.
Figura 1
– Esquema e foto das ligações dos componentes.
O tiristor ao receber do amplificador um sinal elétrico alto, curto-circuitará os terminais do flash, disparando-o. O momento do disparo depende da distância do microfone ao local de onde o som foi produzido. Por exemplo: se o microfone estiver muito perto da bexiga que será estourada, a onda sonora chegará rapidamente ao microfone e a foto mostrará o início do rasgo (Figura 2). Se afastarmos o microfone, o som demorará mais tempo para chegar e uma foto como a da Figura 3 será obtida. Esse recurso é muito útil no controle do momento do fenômeno que se deseja fotografar. Utilizamos a limitada velocidade do som para controlar o momento do disparo.
Figura 2 – Rasgo inicial da bexiga. Figura 3 – Rasgo depois de um tempo maior. 3. RESULTADOS
Algumas das fotos conseguidas com esta técnica: 3.1. Tiro em um giz
Observamos na primeira foto (Figura 4) o chumbinho disparado por espingarda, indo em direção ao giz. Para ver a cena do impacto, movemos o microfone para mais longe da espingarda atrasando em alguns milisegundos o instante do disparo do flash. Na foto da Figura 5 observamos como a inércia tende a manter o giz no lugar. Preste a atenção nas extremidades do giz.
Figura 4 – Chumbinho indo em direção ao giz. Figura 5 – Giz após o impacto. 3.2. Varal de bexigas
Após conseguirmos esta foto fantástica (Figura 6), a preocupação foi descobrir onde está o chumbinho. Pela foto percebe-se que ele está dentro da terceira bexiga, pois apesar de não ter estourado, está deformada. Nos propusemos então um desafio: confirmar essa hipótese através de alguns cálculos.
Figura 6 – Espingarda e alvo a uma distancia conhecida para medir a velocidade do chumbinho. Começamos tentando achar a velocidade do chumbinho fora da arma. Para isso gravamos o som do chumbinho atingindo um alvo a uma distância conhecida. Esse som foi analisado em um microcomputador e a partir de um software freeware (www.monumental.com/rshorne/gram.html), utilizado para análise espectral de sons, retiramos o tempo entre a explosão e o impacto do chumbinho no alvo.
Na Figura 7 vemos um programa que “lê” o som e coloca a sua intensidade “versus” tempo na tela. Com ele foi possível saber o tempo entre o som do disparo e do impacto. Repetindo este procedimento para várias distâncias, bem maiores do que o comprimento do cano da espingarda, pudemos calcular a velocidade média do chumbinho. Tomamos o cuidado de escolher distâncias bem maiores do que o comprimento do cano da espingarda para tornar o tempo de aceleração do chumbinho dentro da arma desprezível em relação ao tempo fora dela. A velocidade média encontrada foi de Vmédia = 108 m/s.
Figura 7 – Tela do software usado para medir o tempo entre o disparo e o impacto.
Sabíamos que a foto do varal de bexigas foi “tirada” quando o som da explosão da espingarda chegou ao microfone. Sabíamos também a distância da espingarda ao microfone. Ora, sabendo a velocidade do som temos o tempo que o chumbinho levou desde o repouso até o momento da foto. Se descontássemos deste tempo total (T) o tempo que o chumbinho fica dentro do cano da arma (td),
teremos o tempo que ele leva para ir do final do cano até a terceira bexiga (tf).
Para calcular td utilizamos a foto da Figura 8 onde sabemos a distância do cano ao chumbinho.
Achamos T, tf e então calculamos td = T - tf = 0,002s.
Figura 8 – Foto utilizada no cálculo do tempo do chumbinho dentro do cano da espingarda. Utilizando td do caso anterior para a foto das bexigas (Figura 9) e seguindo o mesmo
raciocínio encontramos T = 5 ms e tf = T - td . Assim, tf = 3 ms. Sabendo a distância até o início da
terceira bexiga e tendo já a velocidade do chumbinho, encontramos x que é o quanto o chumbinho penetrou para dentro desta bexiga. Assim, verificou-se que o chumbinho estava realmente dentro da terceira bexiga.
Figura 12 – Varal de bexigas com os cálculos da posição do chumbinho na terceira bexiga. 4. CONCLUSÕES
Com esta técnica foi possível conseguir fotos fantásticas com equipamento de fácil obtenção. O único componente comprado foi o tiristor (facilmente encontrado em lojas que vendem
componentes eletrônicos).
Cada dia em que nos reuníamos surgiam idéias diferentes. Após tirarmos as fotos, tínhamos pressa em revelar o filme para ver o resultado e analisar o ocorrido. Com isso pudemos aprender muito da física envolvida nos eventos fotografados ao mesmo tempo que entendíamos mais a técnica e a física da própria maquina fotográfica.
AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de agradecer aos estudantes João Gabriel de Magalhães, Felipe Simões da Silva, Vinícius Gonzaga de Barros Ramos, Sidney Macias Dourado Jr., e Rodrigo Vieira Miranda pela sua ajuda neste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. RAMALHO Jr., F., FERRARO, N. G., SOARES, P. A. T.; Os fundamentos da física: Mecânica; Ed. Moderna; São Paulo, 1993.
