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Relatório de Aula Prática - Física Geral

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RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA - FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL: ENERGIA
Édipo Cabral Nascimento
Americana/2024
anhanguera
Eng.civil / 3 semestre
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: 
* O movimento de rolamento - princípio de conservação de energia: um plano inclinado sofreu um movimento de translação com rotação de dois cilindros distintos. Quando a atividade estava em andamento, era necessário usar um multicronômetro digital conectado a um sensor. O multicronômetro registrou a velocidade de translação dos dois cilindros de aço, um oco e outro maciço. A velocidade angular, o momento de inércia, a energia cinética de translação, a energia cinética de rotação e a energia potencial gravitacional de cada objeto testado foram calculados usando os dados coletados.
*Estática: O experimento de balança de barro foi realizado para examinar as condições de equilíbrio de corpos rígidos. Para fazer isso, foi necessário usar uma balança de prato com um contrapeso móvel para coletar dados sobre a distância ao eixo de aplicação de forças. Assim, foi possível calcular a massa dos objetos que fizeram a rotação da balança. 
*Hidrostática – Empuxo: Um experimento virtual para validar a hipótese científica "empuxo", ou princípio de Arquimedes. Este experimento nos permite calcular o volume de um material e verificar a força que os líquidos exercem sobre os sólidos. Para isso, usamos um dinamômetro e materiais axilares.
* Dilatometro: Neste experimento, foram utilizados alguns materiais metálicos (aço, latão e cobre), um bico de Bunsen para ajustar a temperatura desses materiais e um termômetro para registrar essas mudanças de temperatura. Também foi usado um relógio comparador para coletar dados sobre as mudanças de temperatura que os materiais sofreram durante o experimento. Após isso, os cálculos foram feitos para confirmar os 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.
17. Coletado os dados de dimensão e massa dos cilindros. 
18. Preenchido as tabelas 01, 02 e 03 (em anexo) com as grandezas solicitadas através dos cálculos com os dados medidos.
19. 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 dado
	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:
As variações na energia total e a conversão da energia em diferentes formas durante o movimento causam a diferença. A energia potencial inicial é a energia relacionada à posição d de um objeto em relação a um ponto de referência; vários fatores, incluindo a altura do objeto em relação ao ponto de referência, a determinam. A energia cinética, por outro lado, é a energia que acompanha o movimento de um objeto e depende de sua massa e velocidade. À medida que o cilindro é solto no ponto mais alto do plano elevado e começa a rolar, sua energia potencial inicial é transformada em energia cinética. A energia potencial diminui com a altura, mas a energia cinética aumenta com a velocidade. Toda a energia potencial inicial é transformada em energia cinética máxima no ponto mais baixo de sua rota.
No entanto, a energia total do sistema não será totalmente conservada se houver perda de energia durante o movimento, seja por atrito, colisões com outros objetos ou outros fatores. Isso sugere que a energia potencial inicial pode ser maior do que a energia cinética total medida no sensor com o mesmo ponto mais baixo da trajetória. A variação entre esses valores indica a quantidade de energia que foi perdida durante o movimento. Portanto, a diferença entre os valores da energia cinética total e os valores da energia potencial inicial está ligada à conservação de energia e às perdas potenciais de energia durante o movimento do objeto.
ATIVIDADE 02 
ESTÁTICA - BALAN ÇA DE PRATO
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
O sistema estará em equilíbrio se o contrapeso do eixo de rotação for colocado a uma distância de 5,8 cm.
DESCOBRINDO A MASSA DOS PESOS DE PROVA.
Medindo a distância do contrapeso até o eixo de rotação após a inserção dos pesos e a estabilização do sistema.
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 
1,48N / 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 Kg
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 sistemas em que o peso do contrapeso é menor do que seu peso real, a distância entre o contrapeso e o eixo de rotação é maior. Ao mesmo tempo, quando o contrapeso tem massa maior do que seu peso real, sua distancia até o eixo de rotação é reduzida. Essa razão entre pesos e distância é chamada de momento da força aplicada em relação ao centro de gravidade, que neste caso é o eixo da balança. Mesmo quando a massa do objeto a ser medido for maior do que a massa do próprio contrapeso, a força aplicada pelo contrapeso aumenta com a distância até o ponto de equilíbrio. Essa força aplicada diminui à medida que o contrapeso se aproxima do eixo e aumenta à medida que se afasta.
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 sej a realiza ndo comparações entr e 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:
O volume deslocado de um corpo é definido como a quantidade de líquido que ele desloca enquanto está imerso no mesmo. O volume deslocado é igual ao volume submerso do corpo. Quando descemos o cilindro dentro da solução aquosa contida no béquer, podemos observar esse princípio em nosso experimento. Além disso, podemos definir matematicamente o princípio de Arquimedes, obtendo o mesmo resultado 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.
Pode-se concluir que a força de empuxo não depende da densidade do corpo submerso no líquido. Por outro lado, o volume deslocado mostra a relação entre a densidade do corpo sólido submerso e a densidade do fluido. Além disso, esse valor pode ser utilizado para determinar se o corpo irá afundar, flutuar ou entrar em equilíbrio com o fluido. Assim, existem três definições de densidade: se a densidade do solido for maior que a do fluido, o corpo ira afundar; se for menor, fluirá; e se for igual, ficará em equilíbrio parado. Como resultado, o volume deslocado é determinado pela relação entre a densidade do fluido aquoso e o corpo submerso.
CONCEITUANDO OS PRINCÍPIOS DO EXPERIMENTO:
Este experimento nos permite examinar a ideia de força de empuxo e como funciona quando objetos sólidos estão submersos em soluções aquosas. Após uma análise mais profunda dos princípios envolvidos neste experimento, podemos também examinar como o volume do corpo submerso está diretamente relacionado ao volume deslocado do líquido aquoso e como as características de densidade do material sólido e do líquido aquoso afetam este 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 fin al 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
Foi criada uma tabela com todos os dados coletados após a conclusão do processo. Calculei os coeficientes de dilatação linear para todos os materiais. E verificou o resultado do cálculo comparando os valores encontrados e obtidos.
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: coeficiente de dilatação linear de 0,000016 °C. A variação de temperatura pode ser calculada subtraindo a temperatura inicial da temperatura final:
ΔT = T final – T inicial = 98,7 °C - 25,1 °C = 73,6 °C 
 
Aplicando a fórmula temos: 
ΔL = (0,000016 1/°C) * (500 mm) * (73,6 °C) 
= 0,061 mm 
Como resultado, descobrimos que o tubo de cobre tem uma dilatação linear de 0,061 mm, validando assim nosso experimento com esse material.
Tubo de latão: Embora o coeficiente de dilatação linear do latão varie de acordo com a composição do material, um valor típico 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.
Ao aplicar os valores que foram encontrados, obtemos:
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, podemos considerar o experimento válido porque a dilatação linear do tubo de latão é de aproximadamente 0,068775 mm, usando uma margem de erro do equipamento ou operação e considerando que a composição do material pode variar.
Tubo de aço conhecemos o coeficiente de dilatação linear do aço para calculara dilatação linear de um tubo de aço. Mas esse coeficiente pode variar de acordo com a composição do aço. usando um valor médio aproximado do 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, o tubo de aço tem uma dilatação linear de aproximadamente 0,036 mm. Esse valor é um pouco diferente do valor de variação de comprimento de 0,039 mm registrado. Isso pode ser resultado de uma aproximação usada no coeficiente de dilatação linear.
CONCEITUANDO OS PRINCÍPIOS DO EXPERIMENTO:
Podemos observar que as características de certos materiais mudam quando submetidos a variações de temperatura. Essas mudanças afetam diretamente seus tamanhos, comprimentos, volumes e outras características relacionadas. Tais informações são cruciais para entender como tal material se comporá em determinadas condições.
CONCLUSÃO:
Os experimentos demonstraram como alguns conceitos de física podem ser usados na vida real. Eles também exploraram pontos particulares de cada material, como como sua forma e distribuição de massa afetam a conservação de energia, as forças necessárias para um movimento e as consequências dos diferentes tipos de movimento. Além disso, demonstrou como as leis da física afetam diretamente as forças aplicadas a um objeto quando submetido a diferentes meios; esses exemplos incluem forças de empuxo, gravidade e outras forças. Apresentou como podemos aumentar ou diminuir a influência das variações de força sobre os objetos de força aplicando-as em distâncias relativas ao eixo de rotação e como as variações de temperatura afetam os materiais. Tais conceitos existem e são aplicados em nosso dia a dia, mesmo que não percebamos. Isso se aplica a coisas como mover um veículo, flutuar um objeto na água, usar um sistema de alavanca, etc. É necessário estudar tais situações para adquirir uma melhor compreensão de como podemos usar melhor os materiais e ambientes aos quais estamos expostos. 
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