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EXPERIMENTO 1 - MEDIDAS JONATHAN LÓSS BARRIOS Santa Maria, RS, Brasil. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA BACHARELADO CENTRO DE TECNOLOGIA DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL I PROFESSOR (A): RAFAEL MARONEZE 2 1. INTRODUÇÃO Neste trabalho realizado no laboratório de física experimental do Centro de Ciências Naturais e Exatas (CCNE) da universidade Federal de Santa Maria, será calculado o tempo de reação humana através da teoria de queda livre de um objeto, por meio de um experimento simples. Para tal fim, será usado o instrumento para medir dimensões lineares: a régua milimétrica. 2. OBJETIVOS DA EXPERIÊNCIA - Efetuar medidas estatísticas do tempo de reação humana; - Efetuar medidas indiretas de tempo; - Aprender a utilizar estatística com medidas repetidas; - Expressar corretamente estas medidas, erros e unidades. 3. EXPOSIÇÃO TEÓRICA O “tempo de reação humana”, que também pode ser chamado de reflexo, corresponde ao tempo gasto no envio de uma mensagem do sistema nervoso ao cérebro e na reação física do corpo a um estímulo, em outras palavras, é o tempo necessário para que uma pessoa reaja a um determinado estímulo externo (visual, sonoro, etc.). O tempo de reação é muito importante para o sucesso em atividades que exigem respostas rápidas, principalmente atividades esportivas (jogador de futebol, corredor, piloto de corrida, etc.). Um exemplo clássico são as corridas automobilísticas, uma diferença de alguns centésimos de segundo no tempo de reação ao sinal de largada pode significar uma diferença de duas ou três posições na prova. O tempo médio de reação de uma pessoa jovem em bom estado de saúde varia entre 0,15 e 0,45s. Este é praticamente o tempo que o cérebro necessita para processar as informações que está recebendo e definir uma ação. O experimento realizado tem como objetivo principal, medir o tempo de reação humana. Embora seja um experimento bastante simples, que não fornece um resultado muito preciso, ele permite uma avaliação aproximada do tempo de reação. A ideia é medir o tempo que levamos para perceber que um objeto está caindo e reagir a isso fechando a mão para interromper a queda do objeto. O tempo de reação 3 será determinado a partir do quanto o objeto andou, desde o momento em que foi largado pelo experimentador até o instante em que a pessoa fechou os dedos e o segurou. Um experimentador deve segurar o objeto pela extremidade superior, deixando sua extremidade inferior exatamente entre os dedos (abertos) da pessoa que terá o tempo de reação medido. Em um determinado instante, sem avisar, o experimentador solta o objeto e a pessoa deve fechar os dedos para segurá-la. Recomenda-se o uso de uma régua de 30 cm ou maior, pois assim pode-se medir quanto o objeto andou diretamente pela escala da régua. A conversão desta distância em tempo, para saber o tempo de reação, pode ser feita partindo-se da equação horária da posição de um movimento uniformemente variado. Equação 1: Movimento uniformemente variado. No caso da queda livre de um objeto, “S” é a posição do corpo no tempo “t” e “S0” é a posição inicial do corpo. A distância que o objeto percorreu na queda é exatamente “S – S0”, que chamaremos de “ΔS”. Em nosso caso, a velocidade inicial do corpo (V0) é zero, porque o experimentador apenas abandonou o objeto. O que faz o objeto cair é a ação da gravidade, assim, a aceleração que o objeto tem durante a queda é igual a aceleração da gravidade (9,807 m/s²). Colocando estas informações na equação 1, chega-se a expressão que permite calcular o tempo de reação: TREAÇÃO (s) = √ 2.𝐷 (𝑚) 𝑔 (𝑚 𝑠2 ) 4. PARTE EXPERIMENTAL - MATERIAL UTILIZADO - Régua milimétrica. 4 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Primeiramente, formamos duplas com os colegas para os dois se auxiliarem na medição do tempo de reação de cada um. Depois, o experimentador alinha a régua na posição 0 mm na parte inferior da mão de seu colega mas sem tocá-la (consideramos o experimentador a pessoa que irá segurar a régua para auxiliar o outro membro da dupla). Estando tudo pronto, em um determinado instante, sem avisar, o experimentador solta o objeto e a pessoa deve fechar os dedos ou a mão para segurá-la. Repetimos o experimento 30 vezes com cada pessoa, para chegar a uma conclusão mais confiável, pois os valores obtidos através deste experimento apresentam uma imprecisão natural (dispersão). Esta forma de medir o tempo de reação mede na verdade o tempo de reação ao estimulo visual, pois a pessoa detecta visualmente que o objeto foi largado. 5. RESULTADOS Abaixo, encontrasse uma tabela com o número da medição (i), módulo do deslocamento da régua (d), tempo de reação (ti), variação do tempo de reação em relação à média (∆tk ) e o (∆tk )². i d (cm) d (m) (tk )² = (2D/g) ∆tk = t - ṫ (∆t)² 1 17,6 0,176 0,190 0,0100 0,000100 2 13,7 0,137 0,167 -0,0130 0,000169 3 14,8 0,148 0,174 -0,00600 0,0000360 4 16,6 0,166 0,184 0,00400 0,0000160 5 16,0 0,160 0,181 0,00100 0,00000100 6 11,5 0,115 0,153 -0,0270 0,000729 7 22,0 0,220 0,212 0,0320 0,00102 8 14,0 0,140 0,169 -0,0110 0,000121 9 18,5 0,185 0,194 0,0140 0,000196 10 12,4 0,124 0,159 -0,0210 0,000441 11 15,6 0,156 0,178 -0,00200 0,00000400 12 12,5 0,125 0,160 -0,0200 0,000400 13 14,5 0,145 0,172 -0,00800 0,0000640 14 17,6 0,176 0,190 0,0100 0,000100 15 18,5 0,185 0,194 0,0140 0,000196 16 21,5 0,215 0,209 0,0290 0,000841 17 14,0 0,140 0,169 -0,0110 0,000121 18 14,0 0,140 0,169 -0,0110 0,000121 5 19 18,0 0,180 0,192 0,0120 0,000144 20 24,5 0,245 0,224 0,0440 0,00194 21 11,9 0,119 0,156 -0,0240 0,000576 22 17,5 0,175 0,189 0,00900 0,000081 23 15,3 0,153 0,177 -0,00300 0,00000900 24 18,6 0,186 0,195 0,0150 0,000225 25 13,6 0,136 0,167 -0,0130 0,000169 26 9,50 0,095 0,139 -0,0410 0,00168 27 17,5 0,175 0,189 0,00900 0,0000810 28 18,5 0,185 0,194 0,0140 0,000196 29 20,0 0,200 0,202 0,0220 0,000484 30 12,1 0,121 0,157 -0,0230 0,000529 0,180 0,0108 Média Soma Finalizando, após termos calculado o tempo de reação médio do aluno e o desvio do tempo de reação em relação ao valor verdadeiro (média), podemos calcular o nosso erro aleatório, chamado de desvio padrão da média. Dentro da estatística, o termo desvio padrão tem como objetivo demonstrar a regularidade referente a um conjunto de dados de modo a apontar o grau de oscilação destes em comparação com a média dos valores do conjunto. O Desvio padrão da média é calculado por meio da seguinte equação: σm = √ ∑ ∆𝑡² 𝑛 𝑖=1 𝑛.(𝑛−1) Onde, “∆t²” é a nossa variação do tempo de reação em relação à média elevado ao quadrado, e “n” corresponde ao número de vezes da repetição do experimento. Substituindo as variáveis encontradas, temos: σm = √ (0,0108)² 30.(30−1) σm = √ 0,000117 870 σm = 0,000366 s Encontramos então, que o desvio padrão médio em relação ao meu tempo de reação foi igual a 3,66 x 10-4 segundos. 6 Dessa forma, concluímos que o meu tempo de reação (t) é igual a média dos meus tempos de reações medidos (ṫ) mais ou menos o desvio padrão da média (σm), como se observa abaixo: t = ṫ ± σm t = 0,180 ± 0,000366 s Ou seja, o meu tempo de reação foi de 0,180 segundos com um erro aleatório (dispersão) de 0,000366 segundos. 6. CONCLUSÃO A presente prática teve como objetivo central tentar trabalhar com umadas principais medidas quantitativas físicas de suma importância, o tempo. Analisando os vários aspectos envolvidos, vemos que os resultados nem sempre são tão satisfatórios, pois cada um tem um conceito pré-definido sobre seu próprio tempo de reação, isto ficou bem claro no experimento que embora sendo simples, nos alertou sobre isso. Vimos também que muitos fatores influenciam na hora de fazer o experimento, fatores emocionais e físicos, são os mais comuns. Embora o resultado de cada um seja extremante particular, nota-se semelhanças entre os mesmos. O nível de estresse em que a pessoa se encontrava no momento do experimento não deve ser tratado como um caso isolado, mas como um problema geral da turma, embora a teoria dos erros tenha nos alertado sobre possíveis falhas na coleta de dados ou mesmo na hora do cálculo, estes também podem ter ocorrido. Concluímos então que ser humano em particular tem um tempo de reação, que não pode e nem deve ser comparado com os dos outros. Vários fatores influenciam no teste, entre eles os emocionais e físicos, a sala de aula, ambiente do teste, também influenciou nos resultados. Os testes sendo realizados com materiais simples, não deixa espaço para muitas especulações, devido a simplicidade do mesmo. Como todos realizaram da mesma forma, e do mesmo jeito o experimento, tirar conclusões dos resultados de outras pessoas fica complicado, e ao mesmo 7 tempo constrangedor, tudo isto devido ao fato que não foi um teste de grandes proporções. Contudo, no meu caso em particular, o tempo de reação encontrado está dentro da média de reação de uma pessoa jovem em bom estado de saúde, que varia entre 0,15 e 0,45s, que foi o que eu mais ou menos esperava na realidade, levando em consideração os erros envolvidos no experimento. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Tempo de Reação Humana: http://profgabrielhickel.webs.com/labfisica3.pdf, acessado em 11/04/2017. Desvio padrão: https://pt.wikipedia.org/wiki/Desvio_padr%C3%A3o, Acessado em 11/04/2017. Erros aleatórios: https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/metrologia--b- erro-sistematico-aleatorio-e-incerteza-total.htm, acesso em 11/04/2017.
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