No dia a dia, você já deve ter reparado que o movimento rotatório de alguns objetos são bem estranhos visualmente. Por exemplo o ventilador, que parece que suas pás estão em vários lugares ao mesmo tempo. Tudo isso se deve a forma como o cérebro processa as imagens. Para entender melhor isso, vamos dar uma olhada na luz estroboscópica, que faz os movimentos ficaram bem interessantes visualmente.


Luz estroboscópica

Movimento

Antes de entrar em detalhes aprofundados sobre a luz estroboscópica, vamos falar sobre movimento. Veja o exemplo da animação de um personagem abaixo.

sprites de um personagem
Fonte: Wikipedia

O movimento do personagem é constituído por uma série de imagens (quadros). E elas aparecem uma na sequência da outra em uma determinada velocidade. Se você mostrar os 3 quadros da imagem acima em um espaço de tempo menor que 1 milissegundo, provavelmente verá apenas um movimento rápido e não conseguirá interpretá-lo. É uma ideia semelhante ao ventilador girando rápido. Porque você não consegue acompanhar o movimento das pás quando ele muito rápido.

Em contrapartida, se você mostrar os mesmo 3 quadros em um intervalo de tempo muito grande (5s), seu cérebro interpretará isso apenas como uma sequência de fotos sendo exibida e não como um movimento. Ou seja, tem que existir um meio termo de intervalo de tempo. Assim, seu cérebro interpretará corretamente os 3 quadros como um movimento de andar do personagem.

Se quiser entender melhor esta ideia, basta jogar uma bola de um lado para o outro bem rápido. Depois jogue ela com uma velocidade normal e, por fim, vá movendo a bola bem devagar. No primeiro caso, a bola será um vulto, no segundo, será um movimento que o cérebro consegue acompanhar. Já no terceiro, se a bola for bem lenta, é como se fosse um conjunto de fotos da bola, cada foto com ela em uma posição diferente.

Efeito estroboscópico

O efeito estroboscópico tem tudo a ver com o que foi falado. Basicamente, é o efeito causado ao movimento de um objeto por uma fonte de luz pulsante. A questão aqui é interpretar o intervalo entre os “quadros” da vida real como se fossem o tempo que a luz demora para bater em um objeto e chegar aos nossos olhos. Normalmente, estamos em um ambiente com iluminação constante, então, esse intervalo da luz é desprezível.

Exemplo 1

Porém, se uma fonte de luz oscila, seria como se estivéssemos controlando o tempo da animação dos objetos no mundo real. Vamos pensar no exemplo da bola que falei anteriormente. Supondo que você role uma bola de um lado para o outro em um ambiente com uma fonte de luz pulsante. Podemos resumir a visualização do movimento da bola em três casos:

luz estroboscópica explicação

  1. Se a fonte de luz estiver pulsando a uma frequência muito alta, isto é, ela liga e desliga rapidamente: veremos a bola rolando praticamente normal, pois o tempo entre um raio de luz e outro é pequeno, ou seja, o cérebro consegue “tirar várias fotos da bola” rapidamente.
  2. Se a fonte de luz estiver pulsando a uma frequência equivalente ao tempo que a bola demora para terminar de rolar: isso seria exatamente o caso onde a fonte de luz ilumina a bola no primeiro momento, desliga e só liga de novo quando a bola já está em sua posição final. Visualmente, seria como se a bola tivesse teletransportado do ponto inicial ao ponto final que ela rolou.
  3. Se a fonte de luz estiver pulsando a uma frequência muito baixa: veremos a bola teleportando de posição em posição como no caso 2. Imagine que no momento inicial a luz está ligada, depois desliga e a bola começa a rolar. A bola anda uma certa distância e a luz liga novamente. Visualmente a bola teletransportou de uma posição pra outra. Esse caso é parecido com o caso 2, mas aqui estou desconsiderando a frequência da luz ser equivalente ao período que a bola demora a parar.

Exemplo 2

Para o caso do ventilador, a ideia é a mesma:

  1. Alta frequência: movimento normal do ventilador.
  2. Frequência da luz = frequência de rotação do motor: toda vez que a luz bater na pá será quando ele estiver completado uma volta. Ou seja, você verá as pás do ventilador paradas.
  3. Baixa frequência: você verá frames do movimento do ventilador.

Na prática, o movimento do ventilador é bem interessante. A medida que a frequência aumenta, o ventilador parece girar em um sentido. E, a medida que a frequência diminui, ele parece girar em outro sentido. Isso ocorre, porque é como se a cada vez que tirássemos foto do ventilador, a pá dele estivesse um pouco deslocada para o lado.

Seu movimento esta simplificado abaixo:

efeito da luz estroboscópica no ventilador

Observe que na imagem acima, com frequência altas nós temos o movimento no sentido horário. E o contrário para baixa frequências.


Como fazer

Como se trata de fazer uma luz piscar, existem duas boas formas de se fazer isso: utilizando um circuito com o CI 555, ou utilizando um microcontrolador. Portanto, vou mostrar os dois casos, e utilizar a placa do Arduino para o caso do sistema com microcontrolador. E minha fonte de luz será um LED.

Recomendo a leitura do post sobre o CI 555 para entender seu funcionamento.

CI 555

O circuito do 555 é um circuito tipico do modo astável. A diferença é que o resistor responsável pela carga do capacitor é substituído por um potenciômetro. Justamente para variar o tempo de carga do capacitor e alterar a frequência de saída do 555.

circuito luz estroboscópica com 555

A ligação é bem simples, mas você deve observar alguns aspectos:

  • Um valor recomendável para o potenciômetro nesse caso é de 100kΩ para cima.
  • A fonte pode variar entre 5 e 15v, basta observar a tensão limite do capacitor.
  • O pino 5 (controle de tensão) não fica ligado a nada. Mas, se você quiser, é possível ligar um capacitor de 10nF nele para estabilizar sua entrada.
  • A saída deve ser conectada no cátodo do LED. Porque, no circuito acima, estamos variando o tempo que o 555 fica em alta e o tempo em baixa é constante. E, como temos que variar o tempo que o LED fica apagado, ligamos a saída no cátodo.
  • É possível utilizar outros valores para cada componente, basta que a frequência na saída seja ideal para a luz estroboscópica. Veja o post sobre o 555 para saber como calcular o tempo em alta e baixa de acordo com o valor de R1, C1 e do potenciômetro.

Arduino

Circuito

Arduino controlando LED por PWM

Ligação: Um potenciômetro ligado entre os terminais 5v e GND. E seu pino central no analógico A0. Por fim, um LED ligado com um resistor de 220 Ω e em um pino digital do Arduino.

Código

Caso tenha dúvidas no código, veja ESTE post que explica um circuito similar.

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#define led 3

void setup(){
  pinMode(led, OUTPUT);
  pinMode(A0, INPUT);
}

void loop(){
  int leitura = analogRead(A0); // Leitura do potenciometro
  digitalWrite(led,LOW);

  delay(10);

  digitalWrite(led, HIGH);
  delay(leitura);
}

 

Pronto, agora é só apagar a luz e iluminar um ventilador com seu novo dispositivo tecnológico. É legal ver as pás dele ficando paradas, quando na verdade ele continua ventilando.

CI 555 – O que é e como funciona