Usando uma placa de prototipagem para aprender física

O que é o Arduíno e como ele pode te ajudar a aprender física?

Quando pensamos em física, muitas vezes nos vem à cabeça livros, equações, problemas envolvendo interpretação de textos e matemática. Porém, pode nos vir à cabeça formas diferentes de resolver esses mesmos problemas.

O Arduíno é uma plataforma de prototipagem em placa única, contendo um microcontrolador, uma interface de conexão e os componentes eletrônicos essenciais para que esses dois circuitos funcionem.

A plataforma possui aplicações em praticamente todas as áreas do conhecimento: desde a robótica até a criação de instrumentos de medida, sendo muito popular entre engenheiros, artistas e pessoas que estudam e desenvolvem projetos em eletrônica como um Hobby.

Nesse texto vou falar um pouco sobre o uso dessa plataforma de prototipagem como uma ferramenta para o ensino de física. Mas, primeiro, vamos ver do que se trata.

1. O que é um microcontrolador?

Microcontroladores são, essencialmente, um computador em um chip único, desenvolvidos para aplicações bem específicas e com capacidades extremamente limitadas, quando comparados aos nossos computadores e celulares.

Um microcontrolador possui interfaces que podem ser usadas para realização de medidas, envio e recebimento de dados, leitura e interpretação de informações ou todas essas tarefas juntas.

As aplicações dos microcontroladores são muito variadas. Podem ser usados, por exemplo, para ver qual tecla do teclado de um computador foi pressionada, para mostrar informações no display de um rádio digital, para controlar o próprio rádio digital ou para controlar os sensores em um carro.

Os microcontroladores possuem uma memória que pode ser gravada com um código, assim como nossos computadores. Isso não quer dizer que você possa rodar todo um sistema operacional de computador em um microcontrolador, pois as arquiteturas são completamente diferentes.

Os microcontroladores ATmega, presentes nas placas Arduino, por exemplo, podem ser programados por meio de uma interface USB e reprogramados uma quantidade imensa de vezes, sendo possível usar em projetos de eletrônica.

As placas e os programas são todos livres, gratuitos e de código aberto, ou seja, podem ser usados e modificados por qualquer pessoa com o conhecimento necessário para tal.

2. Como posso aprender física usando um Arduino? 

Apesar do microcontrolador ser, de certa forma, um computador, ele é usado para controlar coisas usando circuitos elétricos, chamados de shields. Isso quer dizer que você precisa conhecer um pouco de física para usar a placa corretamente.

Esse é um ótimo motivo para aprender física: você precisa ter noções sobre corrente elétrica, diferença de potencial, resistência elétrica e outros conceitos de física para que possa usar a placa de forma mais eficiente. Por exemplo, se quiser acender um LED usando arduino, você precisa dimensionar um resistor para que, associado em série com o Arduino possa acender o LED sem queimá-lo.

Esse é apenas um passo simples no aprendizado. Você pode também usar o Arduino para criar experimentos e coletar dados de uma forma muito mais rápida e precisa do que faria usando termômetros ou outros instrumentos de medida.

Por meio dos projetos você aprende muita física, enquanto se diverte resolvendo problemas que envolvem a montagem de circuitos eletrônicos e códigos. Dessa forma você aprende física, matemática, eletrônica e programação ao mesmo tempo!

3. Isso é seguro ou posso pôr fogo na casa?

Diferente da grande maioria dos microcontroladores, o Arduino possui uma grande quantidade de recursos de segurança, que protegem a placa e nossos computadores, quando escrevemos algum código errado ou provocamos um curto-circuito, por exemplo.

Por outro lado esses sistemas de segurança não se aplicam aos componentes ligados ao Arduino, como lâmpadas ou motores. Por isso o acompanhamento por um professor ou os dados de um manual são importantes.

Na internet é possível encontrar uma quantidade enorme de vídeos e textos ensinando a usar o arduino e a programar para a plataforma. Quando você instala o ambiente de desenvolvimento também encontra vários exemplos que promovem uma ótima aprendizagem.

Um ótimo site (em inglês) para buscar por referências e informações é o Arduino Playground (https://playground.arduino.cc/) mantido pelo próprio projeto.