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FisicaExperimental Aula3 04Exps

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO
ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO
Física Experimental 
Profo José Wilson Vieira 
wilson.vieira@upe.br 
AULA 03: EXPERIÊNCIAS DA 1ª UNIDADE
Recife, março de 2016
ATIVIDADES NESTA AULA
 Quatro Experiências da 1ª Unidade
 Observações Gerais
 Definição de Cinco Grupos por Turma
OBSERVAÇÕES GERAIS
Utilizaremos alguns medidores digitais. Embora a análise de erros seja diferente do caso analógico, seguiremos a metodologia apresentada nas aulas anteriores do curso, i.e., calcularemos funções de erros aleatórios e comentaremos qualitativamente erros sistemáticos.
O software FisicaExperimental será usado em todas as experiências como material disponível.
Iremos apresentar quatro das dez experiências disponíveis para esta unidade.
EXPERIÊNCIAS DA 1ª UNIDADE
EXPERIÊNCIA E1: DESCARGA EM CIRCUITO RC
Objetivo: Determinar a variação exponencial da DDP nos terminais de um capacitor com o tempo de descarga em um circuito RC.
TEORIA
Quando a chave estiver em a o capacitor é carregado. Vamos estudar o caso em que, inicialmente, o capacitor está carregado com uma tensão V0 e a chave é mudada para a posição b.
MATERIAIS
4,7E5
MEDIR
Faça dez medidas da DDP nos terminais do capacitor em função do tempo de descarga. Procedimento: Meça, inicialmente, o tempo de descarga completa do capacitor. Utilize, em média, um décimo deste tempo como intervalo para leitura de (t, VC), sendo o primeiro ponto tal que VC ≤ 10 volt.
Vfonte = 15V
VC(volt)
t(s)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MEDIR
O cronômetro usado acumula as 10 medidas de tempo de descarga.
O multímetro (na função voltímetro) deve ser parado a instante selecionado e o valor da leitura deve ser anotado.
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
ANALISAR: GRÁFICO MONOLOG 1
10
1
OBTER RESULTADOS: Equação do gráfico monolog 1.
Teoria
Modelo
Do gráfico: (Vi, ti), (Vf, tf) e (C.A.)ux
TESTAR
Erro relativo para cada medida e o erro relativo médio entre a DDP fornecida e a calculada com a equação do gráfico monolog 1 da descarga.
V(volt)
Vg(volt)
ER(%)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Erro Relatório Médio
 
Diagnóstico: O modelo exponencial é apropriado?
TESTAR
Erro relativo entre a DDP na fonte usada desta experiência e o valor calculado através dos seus resultados.
TESTAR
Erro relativo entre a constante de tempo capacitiva (tC = RC) fornecida pelos fabricantes e o valor calculado através dos seus resultados.
EXPERIÊNCIA E2: CARGA EM CIRCUITO RC
Com a mesma análise gráfica:
EXPERIÊNCIA E5: A FUNÇÃO V = Ri EM CONDUTORES E SEMICONDUTORES
OBJETIVO: Analisar a relação entre V e i num resistor, numa lâmpada incandescente e num diodo, usando o modelo matemático V = B.iA e a técnica estatística da regressão linear.
TEORIA
A resistência (R) de um condutor, mantido à temperatura constante, é igual à razão entre a Diferença de Potencial (V) nos seus terminais e a Corrente (i) que o atravessa, i.e.,
Em um dispositivo condutor ôhmico, a expressão
é uma função linear.
TEORIA
Um dispositivo muito utilizado em aparelhos eletrônicos, como rádios, televisores e amplificadores, que obedece à lei de Ohm é o resistor, cuja função é controlar a intensidade de corrente elétrica que passa pelo aparelho.
TEORIA
Em alguns materiais, como, por exemplo os semicondutores, a resistência elétrica não é constante, mesmo que a temperatura seja: ela depende da DDP. Estes são denominados condutores não ôhmicos. 
Um exemplo de componente eletrônico que não obedece à lei de Ohm é o diodo.
TEORIA
As lâmpadas incandescentes também não são dispositivos ôhmicos em um circuito.
Num dispositivo que não segue a lei de Ohm, a resistência depende dos valores de V e i. A relação V = Ri não é mais uma reta, mas continua válida.
TEORIA
Nesta experiência vamos obter V = B.iA para três dispositivos: um resistor cerâmico, uma lâmpada incandescente e um diodo.
MATERIAIS
Resistor
MATERIAIS
Lâmpada
MATERIAIS
Diodo
MEDIR
i E V NO RESISTOR
 Monte o circuito da figura, adicionando um amperímetro e um voltímetro em locais apropriados.
 Para dez valores de DDP na fonte (≤ 15 volt), meça e anote na tabela abaixo a i que atravessa o resistor e a correspondente DDP nos seus terminais.
RESISTOR
i(mA)
V(volt)
MEDIR
i E V NA LÂMPADA
Troque o resistor pela lâmpada (verifique se o amperímetro está no fundo de escala apropriado) e proceda de modo similar para obter dez pontos (i, V), com V ≤ 12 volt.
RESISTOR
LÂMPADA
i(mA)
V(volt)
i(mA)
V(volt)
MEDIR
RESISTOR
LÂMPADA
DIODO
i(mA)
V(volt)
i(mA)
V(volt)
i(mA)
V(volt)
i E V NO DIODO
Troque lâmpada pelo diodo (verifique se o amperímetro está no fundo de escala apropriado). Use dois resistores para repartir a tensão no diodo de modo que este não esteja submetido a uma fração de V maior que 10% do valor ajustado na fonte. Proceda como antes para obter dez pontos (i, V), com V ≤ 15 volt.
Note que o número de algarismos significativos pode variar com o dispositivo.
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
ANÁLISE POR REGRESSÃO LINEAR USANDO O MODELO POTENCIAL
O software fornece a tabela:
OBTER RESULTADOS
Os resultados são três equações do tipo V = B.iA, uma para cada dispositivo. Os coeficientes A e B devem ser arredondados pela regra do mais pobre ou mais pobre + 1.
TESTES DAS EQUAÇÕES DAS REGRESSÕES LINEARES USANDO O MODELO POTENCIAL
Além dos coeficientes de correlação, o software fornece a tabela: 
Escreva no relatório apenas os valores dos erros relativos médios, devidamente arredondados. 
Também com análise numérica usando regressão linear:
EXPERIÊNCIA T4: DILATAÇÃO TÉRMICA LINEAR DE TRÊS SÓLIDOS
EXPERIÊNCIA M6: PÊNDULO SIMPLES
Objetivos: Estimar a aceleração gravitacional terrestre usando um pêndulo simples com massa fixa e comprimento variável; analisar o efeito qualitativo da força de resistência do ar sobre o pêndulo.
TEORIA: A modelagem do pêndulo simples empregada em física básica exclui o amortecimento de suas oscilações. Claramente, isto é uma aproximação.
Contudo, vamos usar este modelo para analisar, qualitativamente, os efeitos da força de resistência do ar.
TEORIA
De acordo com a figura, a força resultante na direção do movimento é
TEORIA
Para pequenas oscilações, podemos usar a aproximação do MHS, sinq  q (rad):
MATERIAIS
MEDIR
Meça a massa usada no pêndulo simples:
Massa (kg)
 
MEDIR
No
L(m)
T(s)
01
 
 
02
 
 
03
 
 
04
 
 
05
 
 
06
 
 
07
 
 
08
 
 
09
 
 
10
 
 
Fixe os dez nós do cordão no suporte da mesa e, para cada configuração, meça o comprimento L e o respectivo período T (meça três vezes T e anote o valor mediano).
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
ANALISAR: GRÁFICO DILOG 2 x 1
ANALISAR: GRÁFICO LINEAR
0,100 1,000 10,000
10,000
1,000
OBTER RESULTADOS: Equação do gráfico dilog.
Do gráfico: 
(Li, Ti), (Lf, Tf)
Teoria
Modelo
OBTER RESULTADOS
Escrever a equação do gráfico linear,
com A e B arredondados pela regra do mais pobre ou mais pobre + 1.
TESTAR
1) Erro relativo entre o valor para o expoente da equação do modelo (0,5) e o valor encontrado na equação do gráfico (A).
2) Erro relativo entre o valor de referência para a aceleração da gravidade terrestre (9,81 m/s2) e o valor estimado com a equação do gráfico (gc).
EXPERIÊNCIA T1: DILATAÇÃO TÉRMICA LINEAR DE UM SÓLIDO
Objetivos: Obter, por análise gráfica, a função L = A.T + B para um material sólido; obter o coeficiente de dilatação linear do
material usado.
MATERIAIS
MEDIR
Inicialmente, você deve medir a temperatura ambiente e conferir os outros valores informados na tabela abaixo; e escolher um material a ser usado na experiência.
Temperatura inicial (ºC)
 
Escala externa de conversão (mm / marca)
0,01
Comprimentos iniciais das canaletas (mm)
500
Coeficientes de dilatação linear medidos nas mesmas condições no laboratório da EPP/UPE (ºC-1)
Alumínio
Cobre
Latão
2,16E-005
1,75E-005
1,90E-005
MEDIR
Complete o preenchimento da tabela abaixo com as medidas das marcas indicadas no dilatômetro (N) correspondentes às temperaturas fornecidas da canaleta.
Nº DE MEDIDAS
MATERIAL
T(ºC)
N
T(ºC)
L(mm)
1
100
 
 
 
2
80
 
 
 
3
75
 
 
 
4
70
 
 
 
5
65
 
 
 
6
60
 
 
 
7
55
 
 
 
8
50
 
 
 
9
45
 
 
 
10
40
 
 
 
Use as fórmulas T = T – T0 e L = N.Esc para transformar as medidas diretas nas variáveis de análise gráfica da experiência.
Nº DE MEDIDAS
MATERIAL
T(ºC)
N
T(ºC)
L(mm)
1
100
 
 
 
2
80
 
 
 
3
75
 
 
 
4
70
 
 
 
5
65
 
 
 
6
60
 
 
 
7
55
 
 
 
8
50
 
 
 
9
45
 
 
 
10
40
 
 
 
Use as fórmulas T = T – T0 e L = N.Esc para transformar as medidas diretas nas variáveis de análise gráfica da experiência.
ANALISAR: GRÁFICO LINEAR
USANDO O SOFTWARE FisicaExperimental
Usando o software FisicaExperimental
Usando o software FisicaExperimental
ANALISAR: GRÁFICO LINEAR
OBTER RESULTADOS: Equação do gráfico linear.
Do gráfico: 
(xi, yi), (xf, yf), (C.A.)ux e (C.O.)uy
Teoria
Modelo
OBTER RESULTADOS
Escrever a equação do gráfico linear,
com A e B arredondados pela regra do mais pobre ou mais pobre + 1.
TESTAR
Erro relativo entre o valor de referência para o coeficiente de dilatação linear e o valor estimado com a equação do gráfico.
Análise gráfica linear:
EXPERIÊNCIA E3: CAMPO DE SONENOIDES
EXPERIÊNCIA E4: CAMPO MAGNÉTICO TERRESTRE
Análise gráfica linear:
EXPERIÊNCIA M1: PLANO COM INCLINAÇÃO FIXA
Análise gráfica linear:
EXPERIÊNCIA M5: PLANO COM DIVERSAS INCLINAÇÕES
Análise gráfica linear:
DEFINIÇÃO DE CINCO GRUPOS POR TURMA
GRUPO
ATIVIDADE
A
E1, M1, E3,M6,E2
B
E2, E3,M5,E5,M6
C
M6, E4, T1, E2,E5
D
T1, E5, M6, M5,E4
E
M1, M6, E5, T1,E3

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