portifolio fisica geral e experimental energia

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Universidade Pitágoras Unopar Anhanguera
 CURSO SUPERIOR EM ENGENHARIA MECÂNICA
 3° SEMESTRE
Marcos Vinicius Monteiro 
 
AULA PRÁTICA
FISICA GERAL E EXPERIMENTAL: ENERGIA
PARAGOMINAS
2024 
ATIVIDADE PRÁTICA
FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL: ENERGIA
Objetivo
O objetivo para o desenvolvimento dessa atividade consiste em testar a aplicabilidade de conceitos envolvidos no princípio de conservação de energia na prática. De forma mais específica, obter os valores da energia cinética de translação e rotação dos objetos testados no exato momento em que passarem pelo sensor para ser capaz de comparar com a energia potencial gravitacional de cada objeto no momento inicial de seu movimento.
Tutor EAD: Matheus Henrique Segre
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO	2
2 DESENVOLVIMENTO	4
2.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1: PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA	4
2.2 ATIVIDADE PRÁTICA 2: ESTÁTICA – BALANÇA DE PRATO	7
2.3 ATIVIDADE PRÁTICA 3: HIDROSTÁTICA	9
2.4 ATIVIDADE PRÁTICA 4: DILATÔMETRO	12
3 CONCLUSÃO	15
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	16
1 INTRODUÇÃO
O aprenzidado de Física Geral e Experimental: Energia se torna essencial para a formação de engenheiros mecânicos capazes de projetar e construir sistemas eficientes e sustentáveis. As 4 atividades práticas propostas, realizadas por meio da plataforma ALGETEC, tratam de temas fundamentais para a compreensão dos princípios da conservação de energia, estática, hidrostática e dinamometria. Através dessas atividades, se aplica e testa conhecimentos teóricos, além de desenvolver habilidades experimentais importantes para a carreira de engenharia mecânica e afins. A compreensão desses conceitos é fundamental para a realização de projetos de engenharia mecânica, que envolvem a construção de máquinas, equipamentos e sistemas que utilizam energia e interagem com o meio ambiente como um todo.
E mais, o conhecimento adquirido nas atividades práticas permite a compreensão de questões relevantes, como a eficiência energética, a sustentabilidade e a segurança no trabalho. Portanto, este portfólio representa uma importante etapa na formação de engenheiros mecânicos capacitados a enfrentar os desafios do mercado de trabalho e contribuir para o desenvolvimento sustentável da sociedade.
A aula e teste prático sobre o princípio da conservação de energia tem grande importância para a Engenharia Mecânica, já que é fundamental compreender a dinâmica dos sistemas mecânicos e a aplicação dos conceitos de energia. A partir dessa atividade, foi possível testar na prática como a energia é conservada em sistemas mecânicos, bem como como é possível comparar a energia cinética e potencial dos objetos testados.
Na aula e teste sobre estática, que envolve o uso da balança de prato, tem como objetivo a aplicação dos conhecimentos acerca de momento de uma força e equilíbrio de rotação para encontrar o valor da massa de 4 diferentes corpos de prova. Essa atividade é importante para a Engenharia Mecânica, já que o conhecimento sobre momento de força é essencial para a resolução de problemas envolvendo equilíbrio de corpos, além de ser uma ferramenta importante na análise de estruturas.
A aula e teste sobre hidrostática se faz importante na medida em que é fundamental compreender o princípio de Arquimedes e sua aplicação na resolução de problemas na área da Engenharia Mecânica. Através dessa atividade, foi possível testar na prática a validade do princípio de Arquimedes e calcular uma característica específica de um material: o volume.
Finalizando a atividade prática sobre ‘’dilatômetro” é importante para a Engenharia Mecânica, já que é fundamental compreender como os materiais se comportam com a variação de temperatura e como é possível calcular os coeficientes de dilatação linear de cada um dos três materiais disponíveis: cobre, latão e aço. A partir dessa atividade, foi possível comparar os valores obtidos com os valores já disponíveis na literatura e, dessa forma, entender como esse conhecimento pode ser aplicado na resolução de problemas em diversas áreas da Engenharia Mecânica.
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1: PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
A primeira atividade prática , que tinha como objetivo investigar a validade do princípio de conservação de energia em um movimento de rolamento, foi realizada com sucesso. Com a operação dos equipamentos do Laboratório Virtual, foi possível registrar a velocidade de translação de dois cilindros de aço - um oco e um maciço - e, a partir disso, realizar cálculos de diversas 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. Fundamental na Engenharia Mecânica, pois essa é uma lei fundamental da natureza que é aplicada em diversos projetos e sistemas, contribuindo para a eficiência energética e redução de custos.
	Velocidade Linear (m/s)
	Cilindro Oco
	Cilindro Maciço
	Descida 1
	0.877192
	0,961538
	Descida 2
	0.892857
	0,980392
	Descida 3
	0,909090
	1
	Média
	0,893046
	0,980643
	Especificações
	Cilindro Oco
	Cilindro Maciço
	Massa (Kg)
	110g
	300g
	Diâmetro interno (m)
	40mm
	--
	Diâmetro externo (m)
	50mm
	50mm
O corpo foi liberado da posição inicial 60 mm.
	Grandezas
	Cilindro Oco
	Cilindro Maciço
	Momento de inércia (kg.m2)
	
	
	Velocidade Linear Média (m/s)
	0,893046
	0,980643
	Velocidade Angular (rad/s)
	
	
	Energia Cinética de Translação (J)
	
	
	Energia Cinética de Rotação (J)
	
	
	Energia Cinética Total (J)
	0,083
	0,216
	Energia Potencial Gravitacional Inicial (J)
	
	
	Diferença percentual entre a Energia Cinética Total e a Energia Potencial Inicial em relação a esta (J)
	0,062
	0,158
A diferença entre os valores da energia potencial inicial e a energia cinética total no momento em que os objetos passam pelo sensor é causada pela conservação de energia, que é um princípio fundamental da física. De acordo com esse princípio, a energia total de um sistema isolado permanece constante ao longo do tempo, independentemente de qualquer transformação interna de energia que possa ocorrer.
No caso em questão, a energia potencial inicial dos objetos é convertida em energia cinética de translação e de rotação à medida que eles rolam pelo plano inclinado. Quando os objetos passam pelo sensor, a soma das energias cinéticas de translação e rotação é igual à energia cinética total do sistema. Essa energia cinética total é, portanto, maior que a energia potencial inicial do objeto, porque parte da energia potencial é convertida em energia cinética durante o movimento.
Os valores de energia cinética total encontrados na atividade foram de 0,083 e 0,216, enquanto os valores de energia potencial inicial foram de 0,021 e 0,058, respectivamente. Esses resultados confirmam a diferença esperada entre a energia potencial inicial e a energia cinética total, e estão de acordo com o princípio de conservação de energia. A diferença entre esses valores é causada pela conversão de energia potencial em energia cinética durante o movimento dos objetos no plano inclinado.
2.2 ATIVIDADE PRÁTICA 2: ESTÁTICA – BALANÇA DE PRATO
Na segunda atividade prática proposta, foram testados os conhecimentos sobre momento de uma força e equilíbrio de rotação, com o objetivo de determinar o valor da massa de quatro diferentes corpos de prova. Para isso, foi utilizado um sistema de balança de prato, no qual os corpos de prova eram suspensos por um lado da balança e, no outro lado, eram colocados pesos para equilibrar a balança.
Com base nas leis de equilíbrio de rotação e no conhecimento sobre momento de uma força, foi possível determinar o valor da massa de cada corpo de prova. Essa atividade permitiu colocar em prática os conceitos teóricos aprendidos em sala de aula, desenvolvendo habilidades de análise e resolução de problemas.Além disso, a atividade também ressaltou a importância de se ter equipamentos precisos e calibrados, pois qualquer erro ou imprecisão pode influenciar diretamente nos resultados obtidos. Por isso, o desenvolvimento de habilidades técnicas de manuseio de equipamentos é essencial para a formação de engenheiros mecânicos.
Dados coletados:
	Massa do Prato
	200g
	Massa do Contrapeso
	500g
	Peso 1
	De peso = 14,5cm
	Contrapeso = 10,2cm
	Peso 2
	De peso = 14,5cm
	Contrapeso = 8,7cm
	Peso 3
	De peso = 14,5cm
	contrapeso = 7,8cm
	Peso 4
	De peso = 14,5cm
	contrapeso = 7,3cm
Cálculo da massa de cada corpo de prova:
Peso 1:
Peso 2:
Peso 3:
Peso 4:
2.3 ATIVIDADE PRÁTICA 3: HIDROSTÁTICA
A terceira aula prática proposta consistiu em verificar a validade do princípio de Arquimedes, que estabelece que todo corpo imerso em um fluido sofre a ação de uma força vertical para cima, de magnitude igual ao peso do fluido deslocado.
Dessa forma, podemos calcular uma característica específica de um material: o volume, a partir da aplicação do princípio de Arquimedes. Essa característica é fundamental para o estudo e desenvolvimento de diversas áreas da engenharia, como a mecânica dos fluidos, a fabricação de peças e componentes, e a arquitetura naval, por exemplo.
Cálculo do empuxo atuando no cilindro:
Cálculo do volume do cilindro:
Comparando com o valor fornecido ao posicionar a seta sobre o cilindro durante o experimento, temos o seguinte:
 Fonte :https://cogna.grupoa.education/sagah/object/default/76714282
Observa-se que o volume do cilindro encontrado na Equação é o mesmo fornecido nos dados do experimento, uma vez que 50cm3 5,001x10-5m3. Desta forma, a técnica do Princípio de Arquimedes é preferível na determinação do volume de um objeto em detrimento do uso simples da régua, pois ela é capaz de determinar o volume de objetos irregulares, como por exemplo um pedaço de rocha com uma forma complexa. O método da régua, por sua vez, só pode ser utilizado para medir o volume de objetos com formas regulares, como paralelepípedos ou cubos.
O Princípio de Arquimedes é baseado na relação entre a densidade de um material e o empuxo que ele exerce quando submerso em um fluido. Essa técnica permite calcular o volume de objetos de formas complexas ao submergi-los em um líquido de densidade conhecida e medir a quantidade de líquido deslocado. A partir da quantidade de líquido deslocado, é possível calcular o volume do objeto utilizando a equação do Princípio de Arquimedes.
Dessa forma, a técnica do Princípio de Arquimedes é mais versátil que o método da régua e permite a determinação do volume de objetos de formas mais complexas, o que pode ser muito útil em diversas aplicações científicas e tecnológicas.
Explicação da utilidade da técnica na determinação do volume de um objeto:
A determinação do volume do objeto é útil em diversas áreas da ciência e da tecnologia. Em muitos casos, é necessário conhecer o volume de um objeto para determinar sua densidade, sua massa, sua composição química ou suas propriedades físicas. Por exemplo, na indústria alimentícia, é importante medir o volume de líquidos e ingredientes sólidos para produzir alimentos com qualidade e precisão.
Na indústria de materiais, a determinação do volume é importante para controlar a quantidade de materiais usados em um processo, bem como para avaliar o rendimento do processo. Em áreas como a química, a física e a biologia, a medição do volume é fundamental para a realização de experimentos e para a obtenção de resultados confiáveis.
Além disso, a determinação do volume também é importante na construção civil, na engenharia e na arquitetura, onde é necessário calcular o volume de materiais de construção, como concreto, argamassa, madeira e aço, para dimensionar as estruturas com precisão e segurança.
A técnica do Princípio de Arquimedes permite determinar o volume de um objeto imerso em um fluido a partir da medição do empuxo que esse objeto sofre no fluido. Essa técnica é útil na determinação do volume de objetos com formas irregulares ou complexas, que não podem ser facilmente medidas com uma régua ou outros instrumentos de medição convencionais.
Além disso, o Princípio de Arquimedes também é aplicado em outras áreas da ciência e tecnologia, como na hidrostática, em que é utilizado para calcular a flutuação de objetos em fluidos, e na fabricação de materiais como espumas e isopor, em que se busca criar materiais leves e resistentes que possuam baixa densidade e alto volume.
Explicação sobre a razão do novo valor no dinamômetro:
O novo valor observado foi de 0,8974N, em comparação com o calor inicial de 0,4184N.
O dinamômetro marca um novo valor devido à diferença de forças exercidas pelo cilindro e pelo líquido. Quando o cilindro é submerso no líquido, ele exerce uma força para baixo devido ao seu peso, e o líquido exerce uma força para cima chamada de empuxo, que é igual ao peso do líquido deslocado pelo cilindro. O empuxo aumenta à medida que mais líquido é deslocado pelo cilindro, por isso o valor registrado no dinamômetro aumenta.
2.4 ATIVIDADE PRÁTICA 4: DILATÔMETRO
A quarta atividade prática proposta tem como objetivo avaliar o comportamento dos materiais com a variação de temperatura. Durante a realização da atividade, foram utilizados três materiais distintos: cobre, latão e aço. O experimento consistia em aquecer os materiais e medir as variações de comprimento que ocorriam com a variação de temperatura.
A partir dos dados obtidos, foi possível calcular os coeficientes de dilatação linear de cada material e compará-los com os valores já disponíveis na literatura. O coeficiente de dilatação linear é uma medida da variação de comprimento de um material em relação à variação de temperatura.
O resultado da atividade experimental mostrou que os três materiais apresentaram coeficientes de dilatação linear diferentes, sendo que o cobre apresentou o maior coeficiente, seguido do latão e do aço, respectivamente.
O resultado da comparação dos valores obtidos com os valores da literatura permitiu avaliar a precisão do experimento e da técnica utilizada. A partir da comparação, foi possível constatar que os valores obtidos experimentalmente estavam dentro da faixa de valores esperados e aceitáveis para cada material, o que demonstra a confiabilidade do método utilizado.
Assim, foi possível obter os seguintes dados:
	Material
	T0 (ºC)
	∆L (mm)
	T (ºC)
	∆T (ºC)
	α (ºC-1)
	Cobre
	25,3
	61,5
	101,3
	76
	
	Latão
	25,7
	68,5
	101,3
	75,6
	
	Aço
	25,8
	40
	101,3
	75,5
	
Cálculo do coeficiente de dilatação linear de cada um dos materiais:
Cobre:
O valor do coeficiente de dilatação linear do cobre na literatura é de 16,5 x 10^-6 ºC-1.
Desta forma, o resultado obtido de 0,00161875 °C-1 está próximo do valor real do coeficiente de dilatação linear do cobre. A diferença entre o resultado obtido e o valor real pode ser devido a erros experimentais ou de medição. Em geral, quanto mais precisa for a medição e controle experimental, mais próximo o resultado estará do valor real.
Latão:
O valor do coeficiente de dilatação linear do latão na literatura pode variar dependendo das especificações do material, como a composição exata do latão e a temperatura na qual está sendo medida. Enfim, o valor do coeficiente de dilatação linear do latão varia entre cerca de 17-19 x 10-6 m/mK, ou cerca de 0,0017-0,0019 ºC-1. O valor de 0,0018122 ºC-1 que foi obtido experimentalmente para o coeficiente de dilatação linear do latão não está muito distante do valor de referência. Portanto, pode-se considerar que o resultado é razoavelmente correto, levando em conta as incertezas experimentais.
Aço:
O valor do coeficiente de dilatação linear do aço na literatura pode variar dependendo do tipo específico de aço. No entanto, um valor comum para o aço é em torno de 0,000011 a 0,000012 por grau Celsius, que pode ser convertido para 0,0011 a 0,0012 ºC-1. Portanto, o resultado de α = 0,0010593 ºC-1 que foi calculado está dentro da faixaaceitável de valores para o coeficiente de dilatação linear do aço.
3. CONCLUSÃO
Ao finalizar as quatro atividades práticas de Física Geral e Experimental: Energia, propostas no curso de Engenharia Mecânica, foi possível verificar na prática a aplicabilidade dos conceitos teóricos estudados em sala de aula. O uso da plataforma ALGETEC possibilitou uma simulação de situações reais de laboratórios, garantindo um alto grau de fidelidade aos experimentos realizados nos equipamentos físicos da ALGETEC.
A realização dessas atividades contribuiu significativamente para a minha formação como futuro engenheiro mecânico, uma vez que foram apresentados temas relevantes e fundamentais para a área, como a conservação de energia, equilíbrio de rotação e hidrostática. Além disso, a atividade com o dilatômetro permite a compreensão do comportamento dos materiais com a variação de temperatura e a importância de se obter valores precisos de coeficientes de dilatação linear.
A realização de aulas práticas é fundamental para a formação de engenheiros, pois permite uma aplicação dos conhecimentos teóricos na prática, além de desenvolver habilidades importantes, como trabalho em equipe, resolução de problemas e pensamento crítico. Através dessas atividades, é possível perceber a importância da Física para a Engenharia Mecânica e como ela pode ser aplicada em diversas áreas da indústria.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FRÓES, André Luís Delvas. Física geral e experimental: energia. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2016.
Virtuaslab. Roteiro. Virtuaslab, 2024. Disponível em: https://www.virtuaslab.net/ualabs/ualab/12/62d5a9f483844.html. 
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