2 periodo Física Geral e Experimental - Energia_cópia

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UNIVERSIDADE: ANHANGUERA 
CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA 
 
NOME : Johnatan Dos Sp 
(John Stellor) 
 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA 
FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL MECÂNICA : ENERGIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CIDADE : SÃO PAULO 
2024 
2 
 
NOME: JOHNATAN Dos SP 
 
 
 
 
 
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 segundo semestre letivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Paulo 
2024 
 
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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 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 O estudo de Física Geral e Experimental: Energia desempenha um papel crucial 
na formação de engenheiros mecânicos prontos para criar sistemas eficientes e 
amigáveis ao meio ambiente. As quatro atividades práticas realizadas através da 
plataforma ALGETEC cobriram conceitos essenciais para entender os fundamentos 
da conservação de energia, estática, hidrostática e dilatação térmica. Essas atividades 
não apenas permitem a aplicação e teste de conhecimentos teóricos, mas também 
ajudam a desenvolver habilidades práticas vitais para uma carreira em engenharia. 
 
A compreensão desses conceitos é crucial para projetar e construir máquinas, 
equipamentos e sistemas que utilizam energia e interagem com o meio ambiente. 
Além disso, o conhecimento adquirido durante as atividades práticas ajuda a abordar 
questões importantes, como eficiência energética, sustentabilidade e segurança no 
local de trabalho, preparando engenheiros mecânicos para enfrentar os desafios do 
mercado e contribuir para o desenvolvimento sustentável. 
 
A atividade prática sobre conservação de energia é particularmente relevante, 
pois permite aos estudantes entender como a energia é preservada em sistemas 
mecânicos e comparar as energias cinética e potencial de objetos testados. A 
atividade de estática, que envolve o uso de uma balança de pratos, ajuda a aplicar 
conceitos de momento de uma força e equilíbrio de rotação para determinar a massa 
de diferentes corpos de prova, habilidades essenciais para resolver problemas de 
equilíbrio e analisar estruturas. 
 
A atividade de hidrostática é importante para compreender o princípio de 
Arquimedes e sua aplicação em problemas de engenharia mecânica. Por meio dessa 
atividade, os estudantes podem testar na prática a validade desse princípio e calcular 
características específicas de materiais, como o volume. Por fim, a atividade sobre 
dilatação térmica é crucial para entender como os materiais respondem à variação de 
temperatura e calcular os coeficientes de dilatação linear de diferentes materiais, 
5 
 
como cobre, latão e aço. Comparar os resultados com dados disponíveis na literatura 
permite aos estudantes entender como aplicar esse conhecimento em problemas 
práticos de engenharia mecânica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 DESENVOLVIMENTO 
 
2.1 ATIVIDADE PRÁTICA 1: PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA 
 
 
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A primeira atividade prática proposta foi um sucesso ao investigar a aplicação 
do princípio de conservação de energia em um movimento de rolamento. Utilizando 
os equipamentos do Laboratório Virtual, conseguimos medir a velocidade de 
translação de dois cilindros de aço – um oco e um maciço – e, a partir desses dados, 
realizar uma série de cálculos. Isso incluiu determinar a velocidade angular, o 
momento de inércia, a energia cinética de translação, a energia cinética de rotação e 
a energia potencial gravitacional para cada objeto testado. 
 
O estudo da conservação de energia desempenha um papel crucial na 
Engenharia Mecânica, pois essa lei fundamental da natureza é aplicada em uma 
variedade de projetos e sistemas. Isso não só contribui para a eficiência energética, 
mas também ajuda a reduzir custos, sendo essencial para o desenvolvimento de 
soluções sustentáveis e economicamente viáveis 
 
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 solto da posição inicial 60 mm. 
Grandezas Cilindro Oco Cilindro Maciço 
Momento de inércia 
(kg.m2) 
𝐼𝑜 =
1
2
𝑚(𝑅𝑖2 +ℜ2) 
𝐼𝑜 =
1
2
0,11(0,022 + 0,0252) 
𝐼𝑜 = 5,63𝑥10−5 
𝐼𝑚 =
1
2
𝑚𝑅𝑚2 
𝐼𝑚 =
1
2
0,3(0,0252) 
𝐼𝑚 = 9,375𝑥10−5 
7 
 
Velocidade Linear Média 
(m/s) 
0,893046 0,980643 
Velocidade Angular 
(rad/s) 
𝑤 =
𝑉
ℜ
=
0,893046
0,025
 
𝑤 = 37,42 
𝑤 =
𝑉
ℜ
=
0,980643
0,025
 
𝑤 = 39,22 
Energia Cinética de 
Translação (J) 
𝐾𝑡 =
1
2
𝑚𝑣2 
𝐾𝑡 = 0,5𝑥0,11𝑥0,8930462 
𝐾𝑡 = 0,043 
𝐾𝑡 =
1
2
𝑚𝑣2 
𝐾𝑡 = 0,5𝑥0,3𝑥0,9806432 
𝐾𝑡 = 0,144 
Energia Cinética de 
Rotação (J) 
𝐾𝑟 =
1
2
𝐼𝑊2 
𝐾𝑟 = 0,5𝑥5,63𝑥10−5𝑥37,722 
𝐾𝑟 = 0,040 
𝐾𝑟 =
1
2
𝐼𝑊2 
𝐾𝑟
= 0,5𝑥9,375𝑥10−5𝑥39,222 
𝐾𝑟 = 0,072 
Energia Cinética Total 
(J) 
0,083 0,216 
Energia Potencial 
Gravitacional Inicial (J) 
∆𝑈 = 𝑚𝑔∆𝐻 
∆𝐻 = ∆𝑆𝑆𝑒𝑛𝛼 
∆𝐻 = 0,06𝑥𝑆𝑒𝑛20º 
∆𝐻 = 0,020 
∆𝑈 = 0,11𝑥9,81𝑥0,020 
∆𝑈 = 0,021 
∆𝑈 = 0,3𝑥9,81𝑥0,020 
∆𝑈 = 0,058 
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 
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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 oobjetivo 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 
 
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Peso 1 Dpeso = 14,5cm Dcontrapeso = 10,2cm 
Peso 2 Dpeso = 14,5cm Dcontrapeso = 8,7cm 
Peso 3 Dpeso = 14,5cm Dcontrapeso = 7,8cm 
Peso 4 Dpeso = 14,5cm Dcontrapeso = 7,3cm 
 
Cálculo da massa de cada corpo de prova: 
Peso 1: 
𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜𝑝𝑒𝑙𝑜𝑝𝑒𝑠𝑜𝑑𝑜𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜𝑥𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑥𝐷𝑝𝑒𝑠𝑜 
𝑀𝑜𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜𝑝𝑒𝑙𝑜𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑑𝑜𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜𝑥𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑥𝐷𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜 
𝑀 =
𝑀𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜𝑥𝐷𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜
𝐷𝑝𝑒𝑠𝑜
 
𝑀 =
500𝑥10,2
14,5
 
𝑀 ≅ 352,41𝑔 
 
Peso 2: 
𝑀 =
𝑀𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜𝑥𝐷𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜
𝐷𝑝𝑒𝑠𝑜
 
𝑀 =
500𝑥8,7
14,5
 
𝑀 ≅ 300𝑔 
 
Peso 3: 
𝑀 =
𝑀𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜𝑥𝐷𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜
𝐷𝑝𝑒𝑠𝑜
 
𝑀 =
500𝑥7,8
14,5
 
𝑀 ≅ 270,34𝑔 
 
 
10 
 
Peso 4: 
𝑀 =
𝑀𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜𝑥𝐷𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑝𝑒𝑠𝑜
𝐷𝑝𝑒𝑠𝑜
 
𝑀 =
500𝑥7,3
14,5
 
𝑀 ≅ 251,7𝑔 
 
2.3 ATIVIDADE PRÁTICA 3: HIDROSTÁTICA 
 
A terceira atividade prática proposta teve como objetivo verificar a aplicação do 
princípio de Arquimedes, que estabelece que todo corpo imerso em um fluido 
experimenta uma força vertical para cima, cuja magnitude é igual ao peso do fluido 
deslocado. 
 
Através desse princípio, podemos determinar uma característica específica de um 
material: o seu volume. Essa informação é crucial para diversas áreas da engenharia, 
como mecânica dos fluidos, fabricação de peças e componentes, e arquitetura naval, 
entre outras. A capacidade de calcular o volume de materiais é fundamental para o 
projeto e desenvolvimento nessas áreas, auxiliando na tomada de decisões e na 
criação de soluções eficientes. 
 
Cálculo do empuxo atuando no cilindro: 
𝐸𝑚𝑝𝑢𝑥𝑜 = 𝑝𝑒𝑠𝑜𝑑𝑜𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 − 𝑝𝑒𝑠𝑜𝑑𝑜𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜𝑠𝑢𝑏𝑚𝑒𝑟𝑠𝑜 
𝐸 = 0,9091𝑁 − 0,4184𝑁 
𝐸 = 0,4907𝑁(𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖𝑚𝑎) 
 
Cálculo do volume do cilindro: 
𝐸 = 𝐷𝑓𝑥𝑉𝑓𝑥𝑔 
0,4907 = 1000𝑥𝑉𝑓𝑥9,81 
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𝑉𝑓 = 0,00005001𝑚3 ≈ 5,001𝑥10−5𝑚3 
 
Comparando com o valor dado ao posicionar a seta sobre o cilindro durante o 
experimento, observamos : 
 
 
 
Verificamos que o volume do cilindro, conforme calculado pela equação, é 
consistente com os dados experimentais, já que 50cm³ é aproximadamente igual a 
5,001x10⁻⁵m³. Isso indica que o Princípio de Arquimedes é uma técnica mais 
adequada para determinar o volume de um objeto em comparação com a simples 
utilização de uma régua. Isso ocorre porque o Princípio de Arquimedes permite 
calcular o volume de objetos de formas irregulares, como um fragmento de rocha com 
formato complexo. Por outro lado, o método da régua só pode ser aplicado para medir 
o volume de objetos de formas regulares, como cubos ou paralelepípedos. 
 
O Princípio de Arquimedes se baseia na relação entre a densidade de um 
material e a força de empuxo que ele exerce quando submerso em um fluido. Esta 
técnica possibilita o cálculo do volume de objetos de formas complexas ao submergi-
los em um líquido de densidade conhecida e medir o volume de líquido deslocado. A 
partir do volume de líquido deslocado, é possível calcular o volume do objeto utilizando 
a equação do Princípio de Arquimedes. 
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Portanto, a técnica do Princípio de Arquimedes é mais versátil que o método 
da régua, permitindo a determinação do volume de objetos de formas mais complexas. 
Isso pode ser extremamente 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 várias 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 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. 
 
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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 do porquê do novo valor no dinamômetro:** 
O novo valor observado foi de 0,8974N, em comparação com o valor inicial de 
0,4184N. 
O dinamômetro registra 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. 
Com a realização dos experimentos, 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 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: 
𝛥𝐿 = 𝛼. 𝐿0. 𝛥𝑇 
𝛼 =
𝛥𝐿
𝐿0. 𝛥𝑇
 
𝛼 =
61,5
500.76
 
𝛼 = 0,00161875°𝐶−1 
O valor do coeficiente de dilatação linear do cobre na literatura é de 16,5 x 10^-
6 ºC-1. 
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Desta forma, 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: 
𝛼 =
𝛥𝐿
𝐿0. 𝛥𝑇
 
𝛼 =
68,5
500.75,6
 
𝛼 = 0,0018122°𝐶−1 
 
O coeficiente de dilatação linear do latão, conforme indicado na literatura, pode apresentar variações 
dependendode fatores específicos do material, tais como a composição exata do latão e a 
temperatura em que a medição é realizada. Normalmente, o coeficiente de dilatação linear do latão 
oscila entre aproximadamente 17-19 x 10⁻⁶ m/mK, ou cerca de 0,0017-0,0019 ºC⁻¹. O valor 
experimentalmente obtido para o coeficiente de dilatação linear do latão, 0,0018122 ºC⁻¹, não se 
distancia significativamente do valor de referência. Assim, considerando as incertezas experimentais, 
o resultado pode ser visto como razoavelmente preciso. 
 
 
Aço: 
𝛼 =
𝛥𝐿
𝐿0. 𝛥𝑇
 
𝛼 =
40
500.75,5
 
𝛼 = 0,0010593°𝐶−1 
 
O coeficiente de dilatação linear do aço pode apresentar variações dependendo do tipo específico de 
aço. Contudo, um valor comumente aceito para o aço situa-se entre 0,000011 e 0,000012 por grau 
Celsius. Este valor pode ser convertido para 0,0011 a 0,0012 ºC-1. Assim, o valor calculado de α = 
0,0010593 ºC-1 encontra-se dentro do intervalo aceitável para o coeficiente de dilatação linear do aço. 
 
 
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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 
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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 permitiu 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 atividades 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. 
 
Dessa forma, é imprescindível que atividades práticas continuem sendo 
incentivadas e realizadas nos cursos de Engenharia, a fim de 
proporcionar uma formação completa e qualificada para os futuros 
profissionais da área. 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
 
FRÓES, André Luís Delvas. Física geral e experimental: energia. Londrina: 
Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2016. 
 
Virtuaslab. Roteiro. Virtuaslab, 2022. Disponível em: 
https://www.virtuaslab.net/ualabs/ualab/12/62d5a9f483844.html. 
 
 
 
https://www.virtuaslab.net/ualabs/ualab/12/62d5a9f483844.html
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 Obrigado pela oportunidade☺