Roteiro de Aula Prática FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL ENERGIA

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DERIZÃNGELO GOMES DE SALES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANHANGUERA EDUCACIONAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 DE AGOSTO DE 2023 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA - FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL: ENERGIA 
 
 
Princípio da Conservação da Energia 
Estática - Balança de Prato 
Hidrostática 
Dilatômetro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO: 
 
 
 
 
 
Atividades práticas realizadas em ambiente virtual por meio de Software da ALGETEC 
Laboratórios Virtuais. No quais se teve a possibilidade de operar os equipamentos do 
Laboratório Virtual para investigar os seguintes conceitos: 
 
 
 
 
* Princípio de conservação de energia - M movimento de Rolamento: dois cilindros, 
com características diferentes foram submetidos a um movimento de translação com 
rotação, que ocorreu em um plano inclinado. Durante a realização da atividade foi 
necessário a utilização de um multi cronômetro digital ligado a um sensor, o qual 
registrou a velocidade de translação dos dois cilindros de aço (um oco e um maciço). 
Com os dados obtidos foi possível calcular grandezas como a velocidade angular, o 
momento de inércia, a energia cinética de translação, a energia cinética de rotação e a 
energia potencial gravitacional para cada um dos objetos testados. 
 
* Estática – Balança de Prato - Experimento utilizado para investigar as condições de 
equilíbrio de corpos rígidos. Para tal foi necessário utilizar uma balança de prato com 
um contrapeso móvel para obter dados de distância ao eixo de aplicação de forças, 
para assim ser possível calcular a massa dos objetos usados para causar uma força de 
rotação na balança. 
 
*Hidrostática – Empuxo - Experimento prático virtual para validar a hipótese científica 
“empuxo” também conhecida como o princípio de Arquimedes. Neste experimento 
podemos verificar a força que os líquidos exercem nos sólidos e calcular uma 
característica específica de um material: o volume. Para tal utilizamos um 
dinamômetro bem como alguns materiais axilares. 
 
*Dilatometro – Para este experimento foi utilizado alguns materiais metálicos (cobre, 
latão e aço), um bico de Bunsen para alterar a temperatura destes materiais, um 
termômetro para tais registros e um relógio comparador para coletar os dados das 
alterações sofridas pelos materiais durante o experimento. Após isso foram feitos os 
cálculos para validação dos 
dados coletados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE 01 
 
PRINCÍPIOS DA CO NSERVAÇÃO DA ENE RGIA 
PROCEDIMENTOS REALIZADOS: 
 
 
 
 
 
1. Acessado plataforma online da ALGETEC. 
2. Iniciado o Experimento Virtual “Princípio da Conservação da Energia”. 
3. Posicionado o nível bolha sobre o plano inclinado e nivelado a base. 
4. Ajustado o sensor para a posição 300 mm na régua. 
5. Regulado a inclinação da rampa para 20º por meio do fuso elevador. 
6. Conectado a fonte de energia do multicronômetro na tomada. 
7. Conectado o cabo do sensor na porta S0 do multicronômetro. 
8. Ligado o multicronômetro. 
9. Selecionado o idioma português do multicronômetro. 
10. Selecionado a função “F2 VM 1 SENSOR”. 
11. Inserido a informação da largura do corpo de prova, igual à 50 mm. 
12. Posicionado o cilindro oco próximo ao bloco de madeira 
13.Soltado o botão do mouse para que o cilindro iniciasse o movimento. 
14. Verificado o valor da velocidade linear apresentado no sensor e anotado as 
informações na tabela. 
15. Repetido os passos 12 a 14 mais duas vezes. 
16. Resetado o multicronômetro e repetido os passos 10 a 15 deste experimento com 
o cilindro maciço. 
16. Coletado os dados de dimensão e massa dos cilindros. 
17. Preenchido as tabelas 01, 02 e 03 (em anexo) com as grandezas solicitadas através 
dos cálculos com os dados medidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18. Comparado os valores da Energia Potencial Gravitacional Inicial e da Energia 
Cinética Total. 
Após realizado os procedimentos 12 a 14 no experimento três vezes para cada objeto, 
foi possível encontrar a média dos seguintes dados: 
 
 
Velocidade Linear (m/s) Cilindro Oco Cilindro Maciço 
Descida 1 0,055 m/s 0,049 m/s 
Descida 2 0,057 m/s 0,050 m/s 
Descida 3 0,055 m/s 0,049 m/s 
Média 
 
0,055 m/s 0,049 m/s 
 
 
 
Dados dos cilindros: 
Especificações Cilindro Oco Cilindro Maciço 
Massa (kg) 0,110 kg 0,300kg 
Diâmetro interno (m) - 0,4 mm - 
Diâmetro externo (m) 0,5 mm 0,5 mm 
 
Sabendo que o cilindro foi solto da posição inicial 60 mm, e utilizando as devidas 
fórmulas foram encontrados os seguintes dados: 
 
Grandezas Cilindro Oco Cilindro Maciço 
Momento de Inércia (kg.m²) 0,000056375 kg.m² 0,00009375 kg.m² 
Velocidade Linear Média (m/s) 0,05 m/s 0,049 m/s 
Velocidade Angular (rad/s) 0,2578 rad/s 0,196 rad/s 
Energia Cinética de Translação (J) 0,001375 j 0,2145 j 
Energia Cinética de Rotação (J) 0,000001608 j 0,000001792 j 
Energia Cinética Total (J) 0,0001391 j 0,000393 j 
Energia Potencial Gravitacional Inicial (J) 0,126 j 0,2138 j 
Diferença percentual entre a Energia 
Cinética Total e a Energia Potencial 
Inicial em relação a esta (J) 
99,999% 
 
99,999% 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCEITUANDO A DIFERENÇA EXISTENTE ENTRE OS VALORES DA ENERGIA 
POTENCIAL INICIAL E A ENERGIA CINÉTICA TOTAL NO MOMENTO EM QUE OS 
CILINDROS PASSAM PELO SENSOR: 
 
A diferença ocorre devido as variações na energia total e a conversão da energia em diferentes 
formas durante o movimento. A energia potencial inicial é a energia associada à posição d e 
um objeto em relação a algum ponto de referência, ela depende da altura do objeto em 
relação a esse ponto de referência e outros fatores. Já a energia cinética, por outro lado, é a 
energia associada ao movimento de um objeto, ela depende da massa do objeto e de sua 
velocidade. 
Quando o cilindro é solto no ponto mais alto do plano elevado e começa a rolar, sua energia 
potencial inicial é convertida em energia cinética à medida que ele ganha velocidade. A 
energia potencial diminui à medida que a altura diminui, enquanto a energia cinética aumenta 
à medida que a velocidade aumenta. No ponto mais baixo de sua trajetória, toda a energia 
potencial inicial é convertida em energia cinética máxima. 
 
 
 
 
ATIVIDADE 02 
ESTÁTICA - BALAN ÇA DE PRATO 
 
 
 
PROCEDIMENTOS REALIZADOS: 
 
1. Acessado a plataforma online da ALGETEC. 
2. Acessado o Experimento Virtual “Estática – Balança de Prato”. 
3. Verificado e anotado os dados de massa do prato. 
4. Verificado e anotado a massa o contrapeso. 
5. Posicionado um corpo de prova sobre o prato da balança. 
6. Ajustado o contrapeso até obter o equilíbrio. 
7. Anotado as distâncias do peso e do contrapeso até o pivô da balança. 
8. Repetido os procedimentos para os outros três corpos de prova. 
9. Calculado a massa de cada corpo de prova utilizando a condição de equilíbrio de 
momentos. 
 
 
 
 
CONDIÇÃO ORIGINAL. 
 
- Peso do prato = 200 g P = 0,2 x 10 = 2 N 
- Peso do contrapeso = 500 g P = 0,5 x 10 = 5 N 
- Distância do prato ao eixo de rotação = 14,5 cm = 0,145 m 
- Distância do contrapeso ao eixo de rotação = 28,3 cm = 0,283 m 
MA(Prato) = F x d MB(Contrapeso) = F x d para MA = MB 
MA(Prato) = 2 x 0,145 0,29 = 5 x d 
MA = 0,29 Nm d = 0,29/5 = 0,058 m = 5,8 cm 
Aproximando o contrapeso do eixo de rotação a uma de distância de 5,8 cm, o sistema 
estará em equilíbrio. 
 
DESCOBRINDO A MASSA DOS PESOS DE PROVA. 
 
Inserindo os pesos e equalizando o sistema deslizando o contrapeso e medindo a sua 
distância até o eixo de rotação. 
 
1) Peso corpo de prova 01 → Distância do contrapeso ao eixo = 10,1 cm = 0,101 m 
MB(Contrapeso) = F x d 
MB(Contrapeso) = 5 x 0,101 
MB = 0,505 Nm 
Para MB = MA 
MA = F x d 
0,505 = F x 0,145 
F = 0,505/0,145 +/ - 3,45 N – 2N (Prato) +/ - 1,48 N 
1,48 N / 10 (aceleração) = 0,148 Kg 
2) Peso corpo de prova 2 → Distância do contrapeso ao eixo = 8,7 cm = 0,087 m 
MB(Contrapeso) = F x d 
MB(Contrapeso) = 5 x 0,087 
MB = 0,435 Nm 
Para MB = MA 
MA = F x d 
0,435 = F x 0,145 
F= 0,435/0,145 +/ - 3 N – 2N (Prato) +/- 1 N 
1 N / 10 (aceleração) = 0,100 Kg 
3) Peso corpo de prova 03 → Distância do contrapeso ao eixo = 7,8 cm = 0,078 m 
MB(Contrapeso) = F x d 
MB(Contrapeso) = 5 x 0,078 
MB = 0,390 Nm 
Para MB = MA 
MA = F x d 
0,390 = F x 0,145 
F = 0,390/0,145 +/ - 2,69 N – 2N (Prato) +/- 0,69 N 
0,69 N / 10 (aceleração) = 0,069 Kg 
 
 
 
 
 
 
 
 
4) Peso corpo de prova 04 → Distância do contrapeso ao eixo = 7,2 cm = 0,072 m 
MB(Contrapeso) = F x d 
MB(Contrapeso) = 5 x 0,072 
MB = 0,360 Nm 
Para MB = MA 
MA = F x d 
0,360 = F x 0,145 
F = 0,360/0,145 +/ - 2,48 N – 2N (Prato) +/- 0,48 N 
0,48 N / 10 (aceleração) = 0,048 K 
 
 
5) Soma da massa de todos os corpos de prova = 565 g → P = m x a = 0,565 x 10 = 5,65 N 
Razão entre o peso dos corpos de prova e a distância do contra peso ao eixo de rotação para 
equilibrar o sistema: 
MA = F x d 
MA = 5,65 x 0,145 
MA = 0,82 Nm 
Para MA = MB 
MB = F x d 
0,82 = 5 x d 
D = 0,82/5 = 0,164 m 
 
 
CONCEITUANDO OS FUNDAMENTOS APLICADOS: 
 
Em um sistema onde o contrapeso tem massa menor do que o peso medido, a distância do 
contrapeso até o eixo de rotação é mais longa. Já quando o contrapeso possui massa maior 
que o peso medido, a distância deste até o eixo de rotação é mais curta. Essa razão entre 
pesos e distância pode ser descrita como momento da força aplicada em relação ao centro 
de gravidade, que neste caso é o eixo da balança. Quanto mais distante deste ponto maior 
será a força aplicada pelo contrapeso, podendo- se assim obter ponto de equilíbrio mesmo 
quando a massa do objeto a ser medido for maior do que a massa do próprio contrapeso. 
Essa força aplicada vai sendo reduzida conforme o contrapeso se aproxima do eixo e 
aumenta conforme ele se distancia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE 03 
HIDROSTÁTICA – EMPUXO 
 
 
 
 
PROCEDIMENTOS RE ALIZADOS: 
 
1. Acessado a plataforma online da ALGETEC. 
2. Acessado o Experimento Virtual “Hidrostática”. 
3. Colocado o cilindro sobre a mesa. 
4. Calibrado o dinamômetro. 
5. Posicionado o cilindro embaixo do recipiente transparente e anote o valor mostrado pelo 
dinamômetro. 
6. Levantado o dinamômetro. 
7. Posicionado o béquer embaixo do dinamômetro. 
8. Baixado novamente o dinamômetro e anotado o novo valor mostrado por ele. 
9. Calculado o Empuxo atuando sobre o cilindro. 
10. Calculado o volume do cilindro e comparado com o valor dado. 
12. Utilizado a pissita para encher de água o recipiente transparente acima do cilindro, e 
anotado o novo valor de força indicado pelo dinamômetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imagens do experimento: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resultados: 
 
Após inserido o cilindro em baixo do recipiente no dinamômetro podemos verificar que a 
resultante do seu peso é 0,9091N e ao ser mergulhado na água sofre uma força de mesma 
direção porém em sentido contrário denominada empuxo, alterando sua resultante par a 
0,4184N. Ou seja realizando comparações entre tais resultados podemos entender que esta 
força que fez reduzir o peso do cilindro é o empuxo. Em termos matemáticos o cálculo do 
modulo da força que provocou a diminuição de peso ira ser: 
Pfcl= peso aparente do cilindro fora do liquido 
Pdcl=peso aparente do cilindro dentro do liquido 
E = Pfcl - Pdcl 
E = 0,9091N - 0,4184N 
E= 0,4907N 
 
VOLUME DESLOCADO: 
Volume deslocado é a quantidade do líquido que um corpo desloca ao ser imerso no 
mesmo. Este volume deslocado é igual ao volume do corpo que é submerso. Bem como 
podemos observar esse princípio em nosso experimento, quando descemos o cilindro dentro 
da solução aquosa contida no béquer. 
Sabendo também que o sentido do empuxo é de baixo para cima na direção vertical, 
podemos definir matematicamente o princípio de Arquimedes, sendo que o mesmo resulta na 
equação que descreve a força de empuxo e a relação deste fenômeno com o volume aquoso a 
ser deslocado, conforme podemos observar abaixo: 
E=df⋅Vf ⋅g 
Onde: 
E é o empuxo 
df é a densidade do fluido; 
Vf é o volume deslocado; 
g é a aceleração da gravidade. 
Podemos afirmar que a força de empuxo não depende da densidade do corpo que será 
submerso no líquido. Porém o volume deslocado faz uma relação entre a densidade do 
fluido no qual o corpo sólido será submerso e a densidade do próprio sólido. Este valor pode 
ser usado para verificar se o corpo irá afundar, flutuar ou entrar em equilíbrio com o fluido. 
Assim temos três definições quanto a densidade , se a densidade do solido é maior que a do 
fluido o corpo ira afundar, se for menor vai flutuar se for igual ira estar em equilíbrio parado. 
Portanto o volume deslocado depende da relação entre a densidade do fluido aquoso e do 
corpo a ser submerso. 
 
 
 
 
 
CONCEITUANDO OS PRINCÍPIOS DO EXPERIMENTO: 
Neste experimento podemos analisar o conceito da força de empuxo e seus princípios de 
atuação em objetos sólidos quando submersos em soluções aquosas. Após uma análise mais 
aprofundada sobre alguns dos princípios atuantes neste experimento podemos verificar 
também sobre como o volume do corpo submerso está diretamente ligado ao volume 
deslocado do líquido aquoso, e o quanto que as características de densidade do material 
sólido e aquoso influenciam neste processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE 04 
DILATOMETRO 
 
 
 
 
 
PROCEDIMENTOS REA LIZADOS: 
 
 
1. Acessado a plataforma online da ALGETEC. 
2. Acessado o Experimento Virtual “Dilatômetro”. 
3. Selecionado o corpo de prova de cobre com 500 mm de comprimento. 
4. Medido sua temperatura inicial e anotado. 
5. Movido o corpo de prova para a base. 
6. Arrastado o batente até a posição zero da escala. 
7. Travado o batente. 
8. Zerado o relógio comparador. 
9. Ligado o sistema de aquecimento (a chama do bico de Bunsen). 
10. Aguardado até que a temperatura final de aquecimento se estabilizasse. 
11. Anotado a temperatura final. 
12. Anotado a variação de comprimento do corpo de prova mostrada no relógio 
comparador. 
13. Desligado a chama e mover o corpo de prova para a mesa. 
14. Repetido os passos anteriores com os cilindros de latão e aço. 
 
Após o procedimento foi construído uma tabela contendo todos os dados obtidos. Calculado 
o coeficiente de dilatação linear de cada material. E validado o resultado do cálculo 
comparando os valores obtidos com os valores encontrados 
 
 
 
 
 
IMAGENS DO EXPEIMENTO: 
 
 
 
 
 
 
MATERIAL T0(°C) DL(mm) ∆T (°C) α (°C^-1) 
COBRE 25,1° 0,061 73,6° 0,000016°C 
LATÃO 25,2° 0,070 73,5° 19 × 10^-6 °C^-1. 
AÇO 25,2° 0,039 73,5° 12 x 10^-6°C 
 
 
VALIDANDO RESU LTADOS: 
 
A dilatação linear de um objeto é calculada usando a fórmula: 
ΔL = α * L * ΔT 
Onde: 
ΔL é a variação no comprimento do objeto, 
α é o coeficiente de dilatação linear do material, 
L é o comprimento inicial do objeto, e 
ΔT é a variação de temperatura. 
 
Tubo de cobre: coef iciente de dilatação linear do 0,000016 por grau Celsius. 
A variação de temperatura é calculada como a diferença entre a temperatura 
final e a temperatura inicial: 
ΔT = Tfinal - Tinicial = 98,7 °C - 25,1 °C = 73,6 °C 
Aplicando a fórmula, fórmula temos: 
ΔL = (0,000016 1/°C) * (500 mm) * (73,6 °C) 
= 0,061 mm 
Então temos que a dilatação linear do tubo de cobre é de 0,061 mm, validando 
assim nosso experimento com este material. 
Tubo de latão: O coeficiente de dilatação linear do latão varia dependendo da 
composição específica do material, mas um valor comum é aproximadamente 
19 × 10^-6 °C^-1. 
ΔL = α * L0 * ΔT 
onde: 
ΔL é a variação de comprimento, 
α é o coeficiente de dilatação linear, 
L0 é o comprimento inicial do tubo, e 
ΔT é a variação de temperatura. 
Aplicando os valores encontrados, temos: 
ΔL = (19 × 1 0^-6 °C^-1) * (500 mm) * (98.7 °C - 25.2 °C) 
Calculando essa expressão: 
ΔL ≈ (19 × 1 0^-6) * (500) * (73.5) 
≈ 0.068775 mm 
Portanto, a dilatação linear do tubo de latão éaproximadamente 0.068775 
mm, utilizando uma margem de erro do equipamento ou operação, bem como 
considerando que a composição do material pode ter variações, podemos 
tratar como válido o experimento. 
 
 
Tubo de aço: Para calcular a dilatação linear do tubo de aço, precisamos 
conhecer o coeficiente de dilatação linear do aço. No entanto, esse coeficiente 
pode variar dependendo da composição específica do aço. 
Utilizando um valor médio aproximado para o coeficiente de dilatação linear do 
aço, que é de aproximadamente 12 x 10^-6 por grau Celsius. 
Substituindo os valores na fórmula, temos: 
ΔL = (12 x 10^-6) * (500 mm) * (98.7 - 25.2) 
ΔL ≈ (12 x 10^-6) * (500 mm) * (73.5) 
ΔL ≈ 0.036 m m 
Portanto, a dilatação linear do tubo de aço é aproximadamente 0.036 mm. Esse 
valor é ligeiramente diferente do valor de variação de comprimento registrado 
em 0.039 mm, o que pode ser devido a uma aproximação utilizada no 
coeficiente de dilatação linear. 
 
CONCEITUANDO OS PRINCÍPIOS DO EXPERIMENTO: 
 
Podemos observar que ao submeter alguns tipos de materiais a uma variação 
de temperatura, ocorre uma alteração em suas caraterísticas que influencia 
diretamente no seu tamanho, comprimento, volume e demais características 
relacionadas ao mesmo. Tais informações são de estrema importância para 
saber como tal material se comporta quando submetido a determinadas 
circunstâncias. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSÃO: 
 
 
Os experimentos mostraram de forma prática algumas aplicabilidades de 
alguns conceitos de física bem como aprofundaram mais o conhecimento sobre 
aspectos específicos de cada material, tal como como o quanto sua forma e 
distribuição de massa influenciam em relação ao conceito de conservação de 
energia, bem como as forças necessárias para que um movimento ocorra e as 
resultantes dos diversos tipos de movimento. 
Mostrou também como que algumas leis da física agem diretamente sobre as 
forças aplicadas em objetos quando submetidos a diferentes meios , a exemplo 
da força de empuxo, gravidade, etc. Apresentou como podemos realizar 
variações das forças aplicadas sobre os objetos de forma a aumentar ou 
diminuir sua influência sobre outra força por meio da aplicação destas em 
distâncias relativas ao eixo de rotação e também como as variações de 
temperatura influenciam nos materiais. 
Tais conceitos estão presentes em nosso mundo e são aplicados no nosso dia a 
dia mesmo que não percebamos, seja na movimentação de um veículo, a 
flutuação de um objeto na água, utilização de um sistema de alavanca, etc. 
Estudar tais situações se faz necessário para que entendamos melhor como 
podemos utilizar de forma mais eficiente os materiais e ambientes que em que 
estamos expostos.