ATIVIDADE PRATICA - FISICA GERAL E EXPERIMENTAL - ENERGIA

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Engenharia Elétrica
Estela Dolores Gomes Acioli
ATIVIDADE PRÁTICA
FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL - ENERGIA
 São Paulo
 2024
ATIVIDADE PRÁTICA
FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL – ENERGIA
Trabalho apresentado à Universidade Anhanguera, como requisito parcial para a obtenção de média semestral nas disciplinas norteadoras do semestre letivo.
Tutor (a): Josiel Machado de Bomfim
 São Paulo
2024
SUMÁRIO
1- INTRODUÇÃO	3
2- DESENVOLVIMENTO	4
2.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1 – PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA	4
2.2 ATIVIDADE PRÁTICA 2 – ESTÁTICA – BALANÇA DE PRATO	6
2.4 ATIVIDADE PRÁTICA 4 – DILATÔMETRO	10
3 CONCLUSÃO	12
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	12
1- INTRODUÇÃO
A busca incessante pelo conhecimento científico é uma jornada que nos leva a desvendar as leis fundamentais que governam o universo ao nosso redor. No campo da Física, em particular, essa busca se traduz em uma exploração minuciosa dos fundamentais naturais que nos cercam, desde o movimento dos corpos celestes no cosmos até os processos que ocorrem em escalas microscópicas. Nesse contexto, a atividade prática desempenha um papel essencial, oferecendo uma abordagem concreta para a compreensão das teorias abstratas.
Este portfólio é dedicado a uma série de atividades práticas realizadas no contexto da disciplina de Física Geral e Experimental - Energia. O propósito desses experimentos é a exploração de conceitos cruciais na área da elétrica, que é uma das bases fundamentais da Física. 
Ao longo deste portfólio, fica evidente a importância intrínseca dessas atividades práticas. Eles nos permitem ir além da teoria e nos envolver na prática, possibilitando a observação e questionamento dos princípios que aprendemos em sala de aula. Essa abordagem holística é fundamental para uma compreensão completa da Física e, por extensão, para a construção de uma base sólida que nos servirá em futuros estudos e aplicações no mundo real.
2- DESENVOLVIMENTO
2.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1 – PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA
Este experimento trata do princípio da conservação da energia. Iremos comprovar a transformação da Energia Potencial Gravitacional em Energia Cinética, esclarecendo o princípio da Conservação da Energia Mecânica. O experimento evidenciará que, por causa da conservação da energia mecânica, quanto maior a energia potencial gravitacional do corpo (móvel) no início do movimento de queda ao longo do plano inclinado, maior será sua energia cinética na parte mais baixa de sua trajetória. Como parte das atividades você terá que fazer a montagem e ajustes dos equipamentos e instrumentos necessários para a realização do experimento.
No experimento será utilizado a base de ensaio, onde fará uso dois corpos cilíndricos sendo um oco e outro maciço. Fará uso, também, de um nível bolha para nivelar a base de ensaio, um sensor fotoelétrico. Você irá medir também os intervalos do trajeto com cronômetro e posicionar a base na angulação necessária para a realização do experimento. O experimento foi concebido para não trazer riscos físicos. Ainda assim, o experimento necessita de EPIs adequados para a realização da atividade no laboratório. Na base de ensaio foi utilizado dois corpos de prova cilíndricos, o sensor fotoelétrico, um cronômetro e o nível bolha e suas utilizadas são para:
Nível bolha: É utilizado para alinhar o plano inclinado.
Fuso elevador: Usado para regular a angulação do plano inclinado no qual o corpo de prova irá percorrer.
Sensor de passagem: É utilizado para verificar o tempo que o corpo de prova leva para percorrer o trajeto determinado.
Cronômetro: É utilizado para medir o tempo que o corpo de prova leva para percorrer do topo da haste até passar pelo sensor de passagem.
Corpos de prova: Corpos de prova cilíndricos, sendo um oco e outro maciço e os dois com diâmetro externo igual a 50 mm.
Após realizado os procedimentos 12 a 14 no experimento três vezes para cada objeto, foi possível encontrar a média dos seguintes dados: 
.
Para registrar os resultados, criamos a seguinte tabela:
Tabela 1 – Representação dos resultados do experimento.
	 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
Fonte: desenvolvido pelo autor (2024).
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 corpo foi solto da posição inicial 60 mm, e utilizando as equações que você estudou no livro de Física Geral e Experimental: Energia, foi preenchida uma tabela como a que se segue:
	Grandezas
	Cilindro oco
	Cilindro Maciço
	Momento de Inércia (kg.m²)
	0,000056375 kg.m²
	0,0009375 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 diferenças existentes, 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. No entanto, se houver perda de energia durante o movimento, sej a devido ao atrito, colisões com outros objetos ou outros fatores, a energia total do sistema não será totalmente conservada. Isso significa que a energia cinética total medida no sensor considerando o mesmo como o ponto mais baixo da trajetória pode ser menor do que a energia potencial inicial. A diferença entre esses valores representa a quantidade de energia perdida durante o movimento. Portanto, a diferença entre os valores da energia potencial inicial e a energia cinética total está relacionada à conservação de energia e às possíveis perdas de energia durante o movimento do objeto.
2.2 ATIVIDADE PRÁTICA 2 – ESTÁTICA – BALANÇA DE PRATO
Na segunda atividade prática proposta, exploramos os conceitos de momento de uma força e equilíbrio de rotação com o objetivo de calcular a massa de quatro corpos de prova diferentes. Utilizamos um sistema de balança de prato, onde suspendemos os corpos de prova de um lado da balança e, do outro lado, colocamos pesos para equilibrá-la.
Através da aplicação das leis de equilíbrio de seleção e do conhecimento sobre o momento de uma força, conseguimos determinar o valor da massa de cada corpo de prova. Essa atividade prática proporcionou a oportunidade de aplicar na prática os conceitos teóricos aprendidos em sala de aula, ao mesmo tempo em que desenvolvemos habilidades de análise e resolução de problemas.
Além disso, a atividade destacou a relevância de usar equipamentos precisos e devidamente calibrados, já que qualquer imprecisão ou erro pode afetar diretamente os resultados. Portanto, a aquisição de habilidades técnicas para a manipulação de equipamentos éfundamental na formação de engenheiros mecânicos.
Dados coletados:
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. 
 
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. 
 
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 
 
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 
 
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 
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 
 
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 contrapeso 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. 
2.3 Atividade Prática 3 – Hidrostatica 
Resultados: 
 
Após inserido o cilindro embaixo 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 realiza 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 irá ser: 
Pfcl= peso aparente do cilindro fora do líquido 
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 ele 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 irá afundar, se for menor vai flutuar se for igual irá estar em equilíbrio parado. Portanto o volume deslocado depende da relação entre a densidade do fluido aquoso e do corpo a ser submerso. 
Conceituando o 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.
2.4 ATIVIDADE PRÁTICA 4 – DILATÔMETRO 
	Metal
	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 x 10^-6 °C^-1
	Aço
	25,2°
	0,039
	73,5°
	12 x 10^-6°C
Validando resultados: 
 
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 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 mm 
 
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 compor ta quando submetido a determinadas circunstâncias.
3 CONCLUSÃO
À medida que concluímos esta série de atividades práticas em Física Geral e Experimental – Elétrica, torna-se evidente que nossa jornada nos transfere a uma compreensão mais profunda e abrangente das especificidades físicas que permeiam nosso ambiente. Cada experimento realizado proporcionou uma abundância de descobertas e percepções, solidificando nossos conhecimentos em uma variedade de conceitos essenciais desta disciplina fascinante.
No contexto do princípio da conservação de energia, testemunhamos a dinâmica, transformação da energia mecânica e seu impacto no movimento. Ao analisar a energia potencial gravitacional e a energia cinética, conseguimos visualizar como astrocas de energia estão intrinsecamente ligadas ao movimento e como o princípio de conservação desempenha um papel crucial em nosso universo físico.
Em resumo, cada etapa desta série de experimentos desempenhou um papel fundamental na construção de nosso conhecimento em Física. A aplicação prática desses conceitos fortaleceu nossa compreensão e nos preparou para enfrentar desafios mais complexos no futuro. Além disso, essas atividades práticas enfatizaram a importância da investigação científica, do questionamento e da exploração ativa para a aquisição de conhecimento significativo. A integração harmoniosa entre teoria e prática, juntamente com nossa dedicação e curiosidade, nos proporcionou uma experiência enriquecedora e rigorosa no estudo da Física.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Algetec – Laboratórios Virtuais. Simulador “Movimento Retilíneo Uniforme – MRU”. Disponível em: https://www.virtuaslab.net/ualabs/ualab/10/637562f019554.html..
CHAVES, Alaor. Física Básica: Mecânica. Grupo GEN, 2007. E-book. ISBN 978-85-216-1932-1. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-1932-1/. 
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física - Vol. 1 - Mecânica, 10ª edição. Grupo GEN, 2016. E-book. ISBN 9788521632054. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521632054/. 
HEWITT, Paul. Física Conceitual. Grupo A, 2015. E-book. ISBN 9788582603413. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582603413/. 
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