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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO E GÁS – FT11 CURSO DE LABORATÓRIO DE FÍSICA IE – IEF029 PROFESSOR DR. JOSÉ ROBERTO VIANA MEDIDAS FÍSICAS AUGUSTO VELOSO SALGADO – 21352387 IGOR ADRIANO DE CARVALHO RODRIGUES – 21352385 JOSÉ GABRIEL LACERDA VENÂNCIO – 21352384 PEDRO CÁSSIO DIAS DE AMORIM – 21351624 ZEZIEL SOARES DA SILVA – 21352391 MANAUS – AMAZONAS DEZEMBRO – 2013 UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA Curso de Graduação em Engenharia de Petróleo e Gás – FT11 Disciplina: IEF029 – Laboratório de Física I E. Professor: Dr. José Roberto Viana. Nomes dos Alunos – Equipe: Augusto Veloso Salgado (21352387); Igor Adriano de Carvalho Rodrigues (21352385); José Gabriel Lacerda Venâncio (21352384); Pedro Cássio Dias de Amorim (21351624) e; Zeziel Soares da Silva (21352391). Nome da Prática: Erros e Medidas. Objetivos da Prática: Medição de grandezas de maneira correta, utilizando instrumentos de medidas e; Realização do tratamento de dados adequado das grandezas medidas para a formulação matemática e cálculo de erros. Introdução Teórica: Medida é o resultado do ato de medir, que consiste em comparar quantitativamente uma grandeza física com uma unidade através de uma escala pré-definida. Porém, numa medição temos vários fatores externos ao experimento que podem influenciar no resultado final, destacamos entre eles: falhas no método empregado, defeito de instrumentos, imperícia do operador, erro de leitura de escala e erros matemáticos. Com o objetivo de se padronizar o tratamento matemático dos dados no laboratório, temos os conceitos de erros e desvios de um conjunto de medidas. Primeiramente, apresentamos o conceito de Algarismos Significativos, que consiste nos algarismos corretos (aqueles que o operador tem certeza sobre a medição) mais o próximo algarismo duvidoso (aquele no qual o operador não tem certeza). Por exemplo: na medida de um lado de uma mesa, o operador, com sua régua milimetrada, obtêm o valor de 65.72 cm. Tendo assim, 65.72 como os Algarismos Significativos, pois 6, 5 e 7 são os algarismos corretos e 2 o algarismo duvidoso. Sendo assim, com a definição do algarismo duvidoso percebemos que cada operador pode ter uma medição diferente do mesmo experimento com a mesma escala. Portanto, é de importância adotar um valor que melhor represente a grandeza e uma margem de erro que compreenda tais diferenças. Eis um ponto delicado, a definição de desvio e erro. Quando se tem um valor real e absoluto de uma grandeza (por exemplo: em condições normais de temperatura e pressão o ponto de fusão e ebulição da água é, respectivamente, 0°C e 100°C) e ocorre no experimento um resultado diferente, chama- se que o valor obtido contém um erro. Porém quando não sabemos o valor exato, real e/ou absoluto de uma grandeza, adotamos um valor que a melhor represente e, se no caso o resultado do experimento não condizer com o valor adotado, temos um desvio. O desvio pode-se definir em: Desvio Absoluto, que consiste no valor adotado subtraído do valor medido, e o Desvio Relativo, que no caso seria a razão entre o desvio absoluto e o valor adotado. Material Necessário (vide anexos): 01 Esfera de aço; 01 Régua milimetrada; 01 Paquímetro; 01 Micrômetro e; 01 Balança. Procedimento Experimental: 1. Medição do diâmetro da esfera de aço pela régua milimetrada. a) Para utilizar a régua milimetrada, marca-se um ponto fixo em tal para que tenhamos corretamente o valor do diâmetro. b) Posiciona-se a esfera em tal marco inicial, o ponto fixo. c) Faz-se a primeira medição: 19.0mm. d) Reposicionamos a esfera no ponto fixo. e) Faz-se a segunda medição: 19.0mm. f) Reposicionamos a esfera no ponto fixo. g) Faz-se a terceira medição: 19.0mm. h) Cálculo da média das medições para obter o valor adotado como real. Valor adotado = 19,0mm. i) Como a régua milimetrada tem a precisão de 1mm, sua margem de erro é de 0,5mm. Sendo assim: Valor adotado = 19.0mm ± 0.5mm. 2. Medição do diâmetro da esfera de aço pelo paquímetro. a) Posiciona-se a esfera entre os dois bicos do instrumento, fazendo com que cada bico esteja tocando levemente na esfera. b) Faz-se a primeira medição, atentando ao primeiro ponto no qual o vernier se alinhou devidamente com a régua presente e visualizando da extremidade do bico até esse ponto: 19.150mm. c) Reposiciona-se a esfera entre os dois bicos. d) Faz-se a segunda medição da esfera: 19.000mm. e) Reposiciona-se a esfera entre os dois bicos. f) Faz-se a terceira medição da esfera: 19.325mm. g) Cálculo da média das medições para obter o valor adotado como real. Valor adotado = 19.158mm. h) Como o paquímetro tem a precisão de 0.05mm, sua margem de erro é de 0.025mm. Sendo assim: Valor adotado = 19.158mm ± 0.025mm. 3. Medição do diâmetro da esfera de aço pelo micrômetro. a) Abre-se espaço nas esperas do micrômetro através da catraca até que tenha espaço suficiente para a esfera. b) Posiciona-se a esfera de aço nas esperas. c) Visualiza-se na escala retilínea quanto está marcando e se no tambor a marca zero está batendo na linha central da escala: 19.700mm. d) Reposiciona-se a esfera nas esperas. e) Visualiza-se a segunda medição: 19.400mm. f) Reposiciona-se a esfera nas esperas. g) Visualiza-se a terceira medição: 19.800mm. h) Cálculo da média das medições para obter o valor adotado como real. Valor adotado = 19.633mm. i) Como o micrômetro tem a precisão de 0.01mm, sua margem de erro é de 0.005mm. Sendo assim: Valor adotado = 19.633mm ± 0.005mm. 4. Pesagem da esfera de aço. a) Zera-se a balança de modo não tenha interferências de utilizações anteriores. b) Posiciona-se a esfera no centro da bandeja da balança. c) Faz-se a primeira medição: 28.15g. d) Reposiciona-se a esfera. e) Faz-se a segunda medição: 28.20g. f) Reposiciona-se a esfera. g) Faz-se a terceira medição: 28.21g h) Cálculo da média das medições para obter o valor adotado como real. Valor adotado = 28.186g. i) Como a balança tem a precisão de 0.1g, sua margem de erro é de 0.05g. Sendo assim: Valor adotado = 28.186g ± 0.05g. Resultados Experimentais e Tratamento de Dados 1. Cálculo do raio (R) e volume (V), a partir do diâmetro (D) obtido nos três instrumentos (régua milimetrada, paquímetro e micrômetro), da esfera de aço para cada uma das medidas. - Cálculos vide anexos. Instrumento D (mm) R (mm) V (cm³) Régua Milimetrada 19.00 mm ± 0.5 mm 9.50 mm ± 0.25 mm 3.59 cm³ ± 0.28 cm³ Paquímetro 19.158 mm ± 0.025 mm 9.579 mm ± 0.0125 mm 3.6817 cm³ ± 0.0144 cm³ Micômetro 19.633 mm ± 0.005 mm 9.8165 mm ± 0.0025 mm 3.9624028 cm³ ± 0.0030273 cm³ Sendo assim, usando como definição de algarismos significativos o conjunto dos algarismos exatos de uma medida mais o primeiro algarismo duvidoso, temos: Para o volume calculado a partir da régua milimetrada (3.59 cm³ ± 0.28 cm³), temos dois algarismos significativos, sendo o algarismo correto e exato – 3 (três) – e o primeiro algarismo duvidoso – 5 (cinco). Para o volume calculado a partir do paquímetro (3.6817 cm³ ± 0.0144 cm³), temos três algarismos significativos, sendo dois algarismos corretos e exatos – 3 e 6 (três e seis) – e o primeiro algarismo duvidoso – 8 (oito). E para o volume calculado a partir do diâmetro medido pelo micrômetro(3.9624028 cm³ ± 0.0030273 cm³), temos quatro algarismos significativos, sendo três algarismos corretos e exatos – 3, 9, e 6 (três, nove e seis) – e o primeiro duvidoso – 2 (dois). 2. Determinar o valor da densidade (ƿ) do aço para cada volume (V) determinado. - Cálculos vide anexos. Instrumento Massa (g) V (cm³) Ƿ (g/cm³) Régua Milimetrada 28.186 g ± 0.05 g 3.59 cm³ ± 0.28 cm³ 7.851 g/cm³ ± 0.630 g/cm³ Paquímetro 28.186 g ± 0.05 g 3.6817 cm³ ± 0.0144 cm³ 7.6557 g/cm³ ± 0.0435 g/cm³ Micrômetro 28.186 g ± 0.05 g 3.9624028 cm³ ± 0.0030273 cm³ 7.11336061 g/cm³ ± 0.01805336 g/cm³ Observando tais dados e utilizando como base e valor tabelado exato da densidade do aço utilizado no experimento, consideramos 7.85 g/cm³. Sendo assim, podemos dizer que todas as medições chegaram próximas a esse valor, destacando a medição da régua milimetrada que obteve o valor muito próximo do valor tabelado. Porém, indo contra à teoria de que o micrômetro, por ser mais preciso em sua medição, teria o resultado mais confiável. Tendo assim, um erro. Conclusões Visualizamos partes importantes do uso adequado de instrumentos de medidas e comprovando que pequenos erros nas medições podem ocasionar importantes mudanças em relação às demais medidas, usamos como exemplo onde a medição da régua milimetrada teve mais exatidão no cálculo da densidade do aço do que o cálculo feito pela medição do micrômetro, que deveria ser o mais exato, pois tem muito mais precisão em suas medidas. Sendo assim, vemos que nenhum instrumento de medida é totalmente confiável, por mais preciso que ele seja sempre temos fatores externos atuando na nossa medição e então temos desvios e erros dos quais podem comprometer o resultado final. Então além da medição, deve-se sempre reduzir ao máximo a influência dos fatores externos, seja com a repetição dos experimentos e cálculo de desvios. Referências OLIVEIRA, G.; FREITAS, M.; MACHADO, W.; CASTRO JR, W. Manual de Laboratório de Física I. Imprensa Universitária da Universidade Federal do Amazonas, 1989. Nova Enciclopédia Barsa. – São Paulo: Barsa Consultoria, Editorial Ltda., 2001 – Livro 1, página 50. EUROAKTION – Tabela de Densidade dos Materiais. Disponível em: <http://www.euroaktion.com.br/Tabela%20de%20Densidade%20dos%20Materiais.pdf >, Acesso em: 08/12/2013 – 16 horas e 53 minutos. Anexos: Esfera de Aço Régua Milimetrada Paquímetro Micrômetro Balança
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