FISICA GERAL E EXPERIMENTAL DE ENERGIA

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LUIZ CARLOS DE SOUZA OLIVEIRA
ATIVIDADE PRÁTICA
FISICA GERAL E EXPERIMENTAL: ENERGIA
COMODORO/MT
2025
LUIZ CARLOS DE SOUZA OLIVEIRA
FISICA GERAL E EXPEXRIMENTAL: ENERGIA
Trabalho apresentado para a disciplina de Fisica Geral e Experimental: Energia, do Curso de Engenharia Civil, do Centro Universitário ANHANGUERA, como requisito parcial para aprovação desta disciplina.
Comodoro-MT
2025
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO		03
2 DESENVOLVIMENTO 				05
2.1	ATIVIDADE PRÁTICA 1: PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA .......05
2.2 ATIVIDADE PRÁTICA 2: ESTÁTICA – BALANÇA DE PRATO .........................07
2.3 ATIVIDADE PRÁTICA 3: HIDROSTÁTICA ........................................................10
2.4 ATIVIDADE PRÁTICA 4: DILATÔMETRO ......................................................13
	
1 INTRODUÇÃO
O estudo da Física Geral e Experimental: Energia é 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 ALGETC, abordaram temas fundamentais para a compreensão dos princípios da conservação de energia, estática, hidrostática e dilatometria. Através dessas atividades, é possível aplicar e testar conhecimentos teóricos, além de desenvolver habilidades experimentais importantes para a carreira de engenharia. 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.
Além disso, o conhecimento adquirido nas atividades práticas permite a compreensão de questão relevante, como a eficiência energética, a sustentabilidade e a segurança no trabalho. Portanto, este portfólio representa uma importante etapa na formação de engenheiros capacitados a enfrentar os desafios do mercado de trabalho e contribuir para o desenvolvimento sustentável da sociedade.
A atividade prática 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 é possível comparar a energia cinética e potencial dos objetos testados.
Já a atividade 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, já que o conhecimento sobre o momento de força é essencial para resolução de problemas envolvendo equilíbrio de corpos, além de ser uma ferramenta importante na análise de estruturas.
A atividade sobre hidrostática é 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.
Por fim, 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.
 
 
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1: PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
	A primeira atividade prática proposta, 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. O estudo da conservação de energia é 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
	Grandezas
	Cilindro Oco
	Cilindro Maciço
	Momento de inércia (kg.m2)
	
	
	Velocidade Linear Média (m/s)
	0,893046
	0,980643
	Velocidade Angular (rads/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 e, no outro lado, eram colocados pessoas 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 conhecimentos teóricos aprendidos em 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.
Dados coletados:
	Massa do Prato
	200g
	Massa do Contrapeso
	500g
	Peso 1
	Dpeso = 14.5cm
	Dcontrapeso = 10,2cm
	Peso 2
	Dpeso = 14,5cm
	Dcontrapeso = 8,7cm
	Peso 3
	Dpeso = 14,5cm
	Dcontrapeso = 7,8cmPeso 4
	Dpeso = 14,5cm
	Dcontrapeso = 7,3cm
Cálculo da massa de cada corpo de prova:
Peso 1: 
	Momento produzido pelo peso do objeto = Massa objeto x Gravidade x Dpeso
Momento produzido pelo contrapeso = Massa do contrapeso x Gravidade x Dcontrapeso
 M = Mcontrapeso x Dcontrapeso
 Dpeso
	 M = 500 x 10,2
 14,5
 
 M = 352,41g
Peso 2:
 M = Mcontrapeso x Dcontrapeso
 Dpeso
 M = 500 x 8,7
 14,5
 M = 300g
Peso 3:
 M = Mcontrapeso x Dcontrapeso
 Dpeso
 M = 500 x 7,8
 14,5
 M = 270,34g
Peso 4: 
 M = Mcontrapeso x Dcontrapeso
 Depso
 M= 500 x 7,3
 14,5
 M = 251,7g
2.3 ATIVIDADE PRÁTICA 3: HIDROSTÁTICA
	A terceira atividade prática proposta consistiu em verificar a validade do princípio de Arquimedes, que estabelece que todo corpo imerso em um fluído sofre a ação de uma força vertical para cima, de magnitude igual ao peso do fluído 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 fluídos, a fabricação de peças e componentes, e a arquitetura naval, por exemplo.
	Cálculo do empuxo atuando no cilindro: 
	 Empuxo=peso do cilindro – peso do cilindro submerso
 E=0,9091 N – 0,4184 N
	 E=0,4907 N (sentido para cima)
	Cálculo do volume do cilindro:
 E = DfxVf xg 
 0,4907 = 1000 xVf x 9 , 81 
 Vf = 0,00005001 m 3 ≈ 5,001 x 10 − 5 m 3 
	Comparando com o valor fornecido ao posicionar a seta sobre o cilindrodurante o experimento, temos o seguinte:
Constatamos que o volume do cilindro encontrado na Equação é o mesmofornecido nos dados do experimento, uma vez que 50cm 3 ≈ 5,001x10 -5 m 3 . Destaforma, a técnica do Princípio de Arquimedes é preferível na determinação do volumede um objeto em detrimento do uso simples da régua, pois ela é capaz dedeterminar o volume de objetos irregulares, como por exemplo um pedaço de rochacom uma forma complexa. O método da régua, por sua vez, só pode ser utilizadopara medir o volume de objetos com formas regulares, como paralelepípedos oucubos.O Princípio de Arquimedes é baseado na relação entre a densidade de ummaterial e o empuxo que ele exerce quando submerso em um fluido. Essa técnicapermite 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 de 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 de um 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 a produção de alimentos com qualidade e precisão.
	Na industria 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 fluído 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 Ariquimedes também é aplicado em outras áreas da ciência e tecnologia, como a hidrostática, em que é utilizado para calcular a flutuação de objetos em fluídos, 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 do porque do novo valor no dinamômetro:
	O novo valor observado foi de 0,8974N, em comparação com o calor incial 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 objeto 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 maios coeficiente, seguido do latão e do aço, respectivamente.
	A 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.
	Com a realização dos experimentos, foi possível obter os seguintes dados:
	Material
	
	
	
	
	
	Cobre
	25,3
	61,5
	101,3
	76
	0,00161875
	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:
 -1
	O valor do coeficiente de dilatação linear do cobre na literatura é de 16,5 x 10^-6 .
	Desta forma, o resultado obtido de 0,00161875 está próximo do valor real do coeficiente de dilatação linear do cobre. A diferença entre o resultado obtido e o valor real pode serdevido 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. Em geral, o valor do coeficiente de dilatação linear do latão varia entre cerca de 17-10x10-6 m/mk, ou cerca de 0,0017-0,0019 O valor de 0,0018122 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. Portanto, o resultado de a=0,0010593 que foi calculado está dentro da faixa aceitável de valores para o coeficiente dilatação linear do aço.
 
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