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Professor responsável: Prof. Dr. Nivaldo Zafalon Junior Cursos atendidos: Engenharia de Computação, Engenharia de Produção e

Engenharia Mecatrônica

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Resumo

Este documento tem por objetivo servir de manual para operação e gerenciamento do Laboratório de Física e Eletrônica (LFE) da Faculdade de Informática e Administração Paulista (FIAP). Nele estão dispostas informações sobre organização física do laboratório, recursos, materiais didáticos e de desenvolvimento, turmas e grupos de estudo atendidos, horários de atendimento, regras de utilização e regras de segurança.

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I - Introdução

O LFE foi concebido como um espaço para atividades didáticas e de desenvolvimento, para este fim ele foi planejado e montado segundo critérios muito bem definidos visando o máximo aproveitamento do espaço físico, eficiência no aproveitamento das aulas, flexibilidade operacional e praticidade, tudo isto dentro de rígidos critérios de segurança. Como consequência, temos no LFE um espaço confortável para aplicação de aulas práticas. No LFE além das aulas experimentais são desenvolvidos pelos alunos e professores desenvolvem-se também projetos curriculares como, por exemplo, os robôs dos cursos de Engenharia de Computação (EC), braços robóticos do curso de Engenharia de Produção (EP), foguetes do curso de EC e EP bem como projetos didáticos de ambos os cursos de Engenharia como, por exemplo, eletroímãs, motores e geradores de eletricidade.

Para atender a todas estas finalidades o LFE conta com bancadas de fórmica não condutoras equipadas com tomadas de 110V/10A para alimentação dos kits experimentais e notebooks dos alunos. Cada bancada acomoda 6 alunos como o LFE possui 6 bancadas sua capacidade total de alunos é de 48 alunos, porém, em casos excepcionais pode-se acomodar até 56 alunos considerando-se os lugares da bancada do professor.

Por fim, o LFE possui uma bancada do professor para a realização do experimento demonstrativo pelo professor.

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II - O Espaço Físico

A Figura 01 apresenta uma um leiaute do LFE. Sobre as funções de cada um dos elementos destacados na figura temos a) Porta de acesso: destinada ao acesso dos usuários ao laboratório; b) quadros de avisos: destinados a apresentação pública dos horários de funcionamento, considerações gerais e informação importantes; c) bancadas: será considerada separadamente; d) mesa de marceneiro: destinada a realização de trabalhos envolvendo corte e furação de peças; e) extintor: veja item procedimentos e boas práticas; f) lousa; g) bancada do professor: tem as mesma funcionalidades do item (c); h) porta de acesso ao comando dos condicionadores de ar: permite a acesso ao painel de comando dos condicionadores de ar das salas do 7º andar, a entrada é permitida somente à funcionários autorizados; i) prateleiras para robôs e projetos: disponível aos alunos para guardarem seus projetos; j) quadro de disjuntores das bancadas e l) almoxarifado: veja item específico.

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III - Regras de Segurança e Boas Práticas

Embora não seja possível enumerar aqui todas as normas de segurança em laboratório, existem certos cuidados básicos, decorrentes do uso de bom senso e de conhecimento científico, que devem ser observados.

Figura01-LeiautedoLFE

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3.1 Protocolo e dinâmica de utilização durante experimentos

Um protocolo de utilização define a maneira pela qual certo recurso deve ser utilizado a fim de se obter o máximo de rendimento. A dinâmica estabelece regras que envolvem desde os aspectos temporais até os aspectos materiais, assim, o estabelecimento de uma dinâmica de utilização do laboratório durante as aulas é fundamental para que as aulas práticas desenvolvam-se com o máximo de aproveitamento didático. Esta dinâmica inclui eventos que vão desde a utilização de um plano de aula até o recolhimento dos materiais utilizados na aula.

A Figura 02 apresenta um diagrama temporal da sequência de eventos que devem ocorrer durante uma aula prática em laboratório. Consideremos cada um dos itens da Figura 02 separadamente:

Figura 02 - Diagrama temporal da sequência de eventos que devem ocorrer durante uma aula prática em laboratório.

3.1.1) Apresentação do plano de aula: O plano de aula é um documento digital disponibilizado para os alunos e para

o monitor pelo professor. Ele possui os seguintes tópicos: a) Cabeçalho; b) Objetivo; c) Material; d) Introdução; e e) Procedimento.

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3.1.2) Disponibilização e Recolhimento dos Kits experimentais:

De posse do plano de aula o aluno retira com o monitor o kit dos experimentos tratados na aula. No ato da entrega de qualquer material ao aluno o monitor dever recolher a carteirinha de um dos integrantes do grupo (responsável) e anotar quais e quantos itens o grupo retirou.

3.1.3) Desenvolvimento da aula: Durante o desenvolvimento da aula devem prevalecer as regras básicas de

segurança e boas práticas do laboratório.

3.1.4) Recolhimento dos Kits: Após o término do experimento os alunos devolvem os kits ao monitor e o

monitor devolve a carteirinha do responsável pelo grupo.

3.2 Sobre os espaços e as autorizações para uso

a) Bancada do Professor: Somente o Professor ou alunos acompanhados pelo Professor podem utilizar esta bancada;

b) Bancadas de alunos: Somente alunos podem utilizar estas bancadas; e) Sala dos medidores: Somente funcionários autorizados; f) Gavetas de armazenamento de equipamentos e material de consumo:

Somente professores e monitores; g) Quadros de avisos: Acesso permitido somente aos professores e

monitores.

3.3 Boas práticas envolvendo postura

a) Estar consciente do que estiver fazendo, ser disciplinado e responsável;

b) O acesso ao laboratório é restrito quando experimentos ou atividade extracurriculares estão em andamento;

c) Respeitar as advertências do professor sobre perigos e riscos;

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d) Não é permitido beber, comer, fumar ou aplicar cosméticos dentro do laboratório;

e) Tomar os devidos cuidados com os cabelos, mantendo-os presos; f) Guardar casacos, pastas e bolsas, nas áreas indicadas, e não na

bancada onde podem ser danificados pelos produtos químicos. 3.4 Sobre experimentos de Física do estudo do movimento e estática

Os experimentos de física que envolvem a área em questão não envolvem riscos significativos aos alunos, desde que, feitos segundo os planos de aula apresentados pelos professores e seguindo apenas um mínimo de cuidados, como por exemplo, não colocar as peças usadas nos experimentos na boca sob o risco de engasgos.

Como boa pratica nos experimentos de Física seguem as seguintes diretrizes:

a) Mantenha a bancada organizada; b) Mantenhas as peças que não estiverem sendo utilizadas dentro das

caixas específicas; c) Manipule os equipamentos de medidas com cuidado; d) Opere os equipamentos dentro de seus limites operacionais, por

exemplo, não sobrecarregue molas ou balanças; e e) Na dúvida pergunte ao professor como conduzir o experimento.

3.5 Segurança e boas práticas em experimentos envolvendo eletricidade

a) Nunca se deve tocar um condutor elétrico sem isolação adequada e muito menos agarrar o condutor, pois em caso de choque a contração muscular poderá resultar em um aperto ainda maior do condutor pela mão.

b) Sapatos com sola de borracha ou piso com bom revestimento isolante

constituem uma boa proteção adicional contra choque elétrico entre a mão e a terra

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no caso de tensão doméstica (~120 V - 60 Hz) e ambientes secos. No caso de ambientes molhados, estas proteções poderão ser completamente inúteis.

c) No caso de tensões altas (>500 V) a descarga elétrica pode ocorrer

através de fissuras no isolamento, condução pela superfície dependendo da umidade, sujeira ou outros fatores. Desta forma, proteções poderão ser inúteis.

d) O choque entre uma das mãos e a outra é muito perigoso, pois a

corrente elétrica passa diretamente pelo coração. Não subestime a corrente doméstica! Uma pessoa que segure fios de uma tomada comum (~120 V entre fase e neutro) nas mãos está sujeita a uma corrente de 60 mA, suficiente para provocar paralisia respiratória e fibrilação ventricular. Por isso, NUNCA USE AS DUAS MÃOS SIMULTÂNEAMENTE ao lidar com eletricidade, mesmo que a fonte esteja isolada. Trabalhe com uma das mãos no bolso!

f) Seja cauteloso também com o multímetro. Apesar de isoladas, nunca

se deve manusear as pontas com mãos diferentes ao mesmo tempo. g) As lesões provocadas pelo choque elétrico podem ser de quatro tipos:

a) eletrocussão (fatal); b) choque elétrico, c) queimaduras e d) quedas provocadas pelo choque. a) - Eletrocussão é a morte provocada pela exposição do corpo à uma dose letal de energia elétrica. Os raios e os fios de alta tensão (voltagem superior a 600 volts) costumam provocar esse tipo de acidente. Também pode ocorrer a eletrocussão com baixa voltagem (V < 600 volts), se houver a presença de: poças d'água, roupas molhadas, umidade elevada ou suor. b) - Choque elétrico. O choque elétrico é causado por uma corrente elétrica que passa através do corpo humano ou de um animal qualquer. O pior choque é aquele que se origina quando uma corrente elétrica entra pela mão da pessoa e sai pela outra. Nesse caso, atravessando o tórax, ela tem grande chance de afetar o coração e a respiração. Se fizerem parte do circuito elétrico o dedo polegar e o dedo indicador de uma mão, ou uma mão e um pé, o risco é menor. O valor mínimo de corrente que uma pessoa pode perceber é 1 mA. Com uma corrente de 10 mA, a pessoa perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir as mãos para se livrar do contato. O valor mortal está compreendido entre 10 mA e 3 A. c) Queimaduras. A pele humana é um bom isolante e apresenta, quando seca, uma resistência à passagem da corrente elétrica de 100.000 Ohms. Quando molhada, porém, essa resistência cai para apenas 1.000 Ohms.

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A energia elétrica de alta voltagem, rapidamente rompe a pele, reduzindo a resistência do corpo para apenas 500 Ohms. Veja estes exemplos numéricos: os 2 primeiros casos, referem-se à baixa voltagem (corrente de 120 volts) e o terceiro, à alta voltagem: Corpo seco: 120 volts/100000 ohms = 0,0012 A = 1,2 mA (o indivíduo leva apenas um leve choque); Corpo molhado: 120 volts/1000 ohms = 0,12 A = 120 mA (suficiente para provocar um ataque cardíaco); Pele rompida: 1000 volts/500 ohms = 2 A (parada cardíaca e sérios danos aos órgãos internos).

h) Além da intensidade da corrente elétrica, o caminho percorrido pela

eletricidade ao longo do corpo (do ponto onde entra até o ponto onde ela sai) e a duração do choque, são os responsáveis pela extensão e gravidade das lesões.

i) Conecte e use os dispositivos elétricos de segurança disponíveis

como, por exemplo, a tomada de 3 pinos. j) Considere todo fio elétrico como "positivo", ou seja, passível de

provocar um choque mortal. k) Cheque o estado de todos os fios e dispositivos elétricos; concerte-os

ou substitua-os, se necessário. Aprenda como dimensionar o fio elétrico. Certifique-se de que a corrente está desligada, antes de manusear uma ferramenta elétrica.

l) Se um circuito elétrico em carga tiver de ser reparado, chame um

eletricista qualificado para fazê-lo. m) Use ferramentas "isoladas", que fornecem uma barreira adicional entre

você e a corrente elétrica. n) Use os fios recomendados para o tipo de serviço elétrico a que ele vai

servir. o) Não sobrecarregue uma única tomada com vários aparelhos elétricos,

usando, por exemplo, o "benjamin".

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Tabela 01 – Risco de choques para diferentes intensidades de corrente elétrica. (Furr, A. K. CRC Handbook of laboratory safety. 4th Ed. Boca Raton: CRC Press (2000)).

3.6 Equipamentos de proteção individual

O LFE possui os seguintes itens de proteção individual: a) Óculos; e b) Luvas. Observe as recomendações de uso e as siga, caso contrário, o aluno ou

usuário poderá estar sujeito a advertências!

3.7 Procedimentos em caso de acidentes

Em caso de acidentes os seguintes procedimentos devem ser tomados, desde que, sejam compatíveis com o acidente ocorrido:

a) Comunique imediatamente o professor ou responsável pelo laboratório; b) Se o acidente envolver chamas use o extintor para apagá-las (veja

localização do extintor na Figura 01);

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c) Alunos e usuários não envolvidos no acidente devem deixar organizadamente a sala, ficando apenas as pessoas envolvidas e o professor ou responsável;

d) Comunique também o inspetor do andar; e) Se necessários peça a presença da enfermeira ou encaminhe (se

possível) o acidentado para a enfermaria; f) Não tente mexer no quadro de disjuntores sem a presença de um

professor ou responsável; e g) Não tente ajudar qualquer pessoa sem orientação ou segurança de

que esteja realizando os procedimentos adequados.

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IV - Recursos de Software e Hardware

Para apresentar a vasta coleção de recursos do LFE classificaremos os

mesmos em didáticos e de apoio, sendo os primeiros aqueles tipicamente utilizados

em atividades de ensino e os segundos tipicamente utilizados em atividades de

desenvolvimento curricular ou extracurricular. Excepcionalmente itens de apoio

didático podem ser utilizados em atividade extracurriculares e vice-versa.

4.1 Itens de utilidade didática

a) Kit de ensino para experimentos com instrumentos de medida e propagação de erros:

Composto de pesos padrões, peças padrões, réguas, paquímetros, micrômetros e balanças são utilizados para o estudo da teoria de propagação de erros.

b) Kit de ensino para experimentos com força elástica: Apresentado na Figura 03 serve para o estudo da força elástica.

Figura 03 - Kit para o estudo da força elástica.

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c) Kit de ensino para estudo de equilíbrio de forças: Apresentado na Figura 04 serve para o estudo de equilíbrio de forças.

Figura 04 - Kit para o estudo do equilíbrio de forças.

d) Kit de ensino para estudo do movimento retilíneo e uniforme e uniformemente acelerado:

Composto de um trilho de ar o kit apresentado na Figura 05 serve para o estudo de movimentos.

Figura05-Kitparaoestudodemovimentos.

e) Kitdeensinoparaestudodaforçadeatrito:

Baseadoemplanoinclinadookitserveparaoestudadaforçadeatrito.

Figura06-Kitparaoestudodaforçadeatrito.

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f) Kit de ensino para estudo da ação e reação: Baseado em pequenos carrinhos o kit apresentado na Figura 07 serve

para o estudo da ação e reação.

Figura 07 - Kit para o estudo da ação e reação. g) Kit de ensino para com lei de Ohm, associação de resistores e ponte

de Wheatstone: Com o Kit Minipa M1101 apresentado na Figura 08 são realizados

experimentos em eletricidade básica envolvendo Lei de Ohm, associação de resistores e ponte de Wheatstone.

Figura 08 - Kit Minipa M1101.

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h) Kit de ensino para estudo do efeito capacitivo, indutivo e resistivo em

corrente alternada e direta: Com o Kit Minipa M1103 apresentado na Figura 09 são realizados

experimentos em corrente alternada e direta com capacitores, indutores e resistores.

Figura09-KitMinipaM1103.

4.2 Itens de apoio

4.2.1 Recursos de software: Para este fim contamos com os seguintes itens: a) Sistema operacional Windows. Os computadores disponíveis no LFE são operados com base no

sistema operacional Windows XP. b) Pacote Office. Os computadores disponíveis no LFE contam com o pacote Microsoft

Office para redação de relatório e análise de dados. c) Simulação de circuitos eletrônicos. Os computadores disponíveis no LFE contam o simulador de circuitos

eletrônicos Proteus.

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4.2.2 Recursos de auxílio a eletrônica: Para este fim contamos com os seguintes itens: a) Osciloscópios: O LFE possui osciloscópios como o mostrado na Figura 18 para o

desenvolvimento de atividades didáticas e extracurriculares.

Figura 18 – Osciloscópio.

b) Multímetros: O LFE possui multímetros como o mostrado na Figura 19 para o

desenvolvimento de atividades didáticas e extracurriculares.

Figura 19 – Multímetro.

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c) Fontes de bancada: O LFE possui fontes de bancada como a mostrada na Figura 20 para o

desenvolvimento de atividades didáticas e extracurriculares.

Figura 20 – Fonte de bancada.

d) Matrizes de contato: O LFE possui matrizes de contato como a mostrada na Figura 21 para

o desenvolvimento de atividades didáticas e extracurriculares.

Figura21–Matrizdecontato.

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e) Kits multifuncionais: O LFE possui em todas as bancadas kits multifuncionais para auxiliar

na execução de experiências e no desenvolvimento de projetos. Os kits multifuncionais são unidades Minipa SD1201 como a apresentada na Figura 22.

Figura 22 – Kit SD1201.

4.2.4 Bancadas: Para este fim contamos com os seguintes itens: a) Bancadas dos alunos: As bancadas dos alunos são construídas em fórmica e revestias por

laca para evitar problemas de curto circuito em experimentos envolvendo eletricidade. Cada bancada acomoda 6 alunos. Elas possuam saídas de 100V/10A para conexão de equipamentos e notebooks. Diferentemente de outros laboratórios as bancadas não possuem computadores, os alunos podem usar seus próprios notebooks ou então fazer a análise dos dados nos computadores do laboratório livre este, sendo um laboratório de microcomputadores que fica liberado para o a utilização dos alunos durante todo o horário de funcionamento da faculdade, inclusive aos sábados.

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V - Propósito

Em última análise o propósito do LFE é servir de espaço para o desenvolvimento de atividades práticas envolvendo física e eletrônica. Para uma maior precisão na especificação destas atividades e consequentemente do propósito do laboratório classifiquemos as atividades do LFE da seguinte maneira: a) aulas práticas curriculares; b) auxílio a grupos de estudo; c) auxilio a trabalho de conclusão de curso; d) atividade didáticas de complementares; e) auxílio à desenvolvimento de projetos curriculares e f) atividades independentes monitoradas. Consideremos cada uma destas atividades independentemente.

5.1 Aulas práticas curriculares

Para uma maior organização classifica-se as disciplinas que utilizam o LFE segundo o curso, assim temos:

5.1.1 Engenharia da Computação: a) Física I: Nesta disciplina os alunos utilizam o LFE durante aulas

práticas envolvendo experimentos de propagação de erros e medições, estática e cinemática.

b) Física II: Nesta disciplina os alunos utilizam o LFE durante aulas práticas envolvendo experimentos avançados de eletricidade.

5.1.2 Engenharia de Produção: a) Física I: Nesta disciplina os alunos utilizam o LFE durante aulas

práticas envolvendo experimentos de propagação de erros e medições, estática e cinemática.

b) Física II: Nesta disciplina os alunos utilizam o LFE durante aulas práticas envolvendo experimentos avançados de eletricidade.

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5.2 Auxilio a trabalhos de conclusão de curso:

No LFE são conduzidos TCCs que envolvem o desenvolvimento de hardware. Esta oportunidade é aberta a todos os cursos da FIAP desde que o grupo de TCC esteja sendo devidamente orientado por um Professor.

5.3 Atividade didáticas complementares: São atividades didáticas feitas no LFE e que não estavam previamente

planejadas. Estas atividades surgem da manifestação de interesses particulares das

turmas de qualquer disciplina da FIAP e que para sua execução necessite dos recursos do LFE.

5.4 Auxílio ao desenvolvimento de projetos curriculares:

No LFE são conduzidos trabalhos curriculares como, dentre eles, RRA Cup, CyberCup, RoboCup, e o SpaceCup. Nestes trabalhos os grupos utilizam o LFE e seus recursos para projeto e desenvolvimento dos braços mecânicos, robôs ou foguetes.

5.5 Atividades independentes monitoradas:

No LFE são conduzidos trabalhos curriculares como, dentre eles, O CyberCup, o RoboCup, e o SpaceCup. Nestes trabalhos os grupos utilizam o LFE e seus recursos para projeto e desenvolvimento dos robôs ou foguetes.

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VI - Horários de Funcionamento

Como condição básica para a utilização do LFE coloca-se a obrigatoriedade

da presença de um monitor ou professor durante seu funcionamento. O horário de

utilização do laboratório estende-se das 07:40hs até as 22:55hs de segunda a sexta,

e das 07:40hs até as 13:00hs aos sábados.

VII - Ficha de Utilização

Para o controle das atividades desenvolvidas no LFE sua utilização deve ser

sempre acompanhada do preenchimento de uma ficha de utilização como mostrado

na página seguinte.

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FICHA DE UTILIZAÇÃO: Lab de Física, 701 unidade I

Nome do Usuário:

Data: ___/___/_____ Horário de Início:___:___ Horário de Término:___:___

Turma: Disciplina:

Atividades exercidas no lab.:

Obs. do Monitor:

_________________________________ Monitor responsável:

___________________________________ Professor responsável: