Física - Instrumentos de medida

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM
Instituto de Ciências Exatas - ICE
Departamento de Química - DQ
PRÁTICA 1 – INSTRUMENTOS DE MEDIDA
Josiana Moreira Mar
Luana Quadros de Souza Leão 
Wagner Picanço Moreira
INTRODUÇÃO
Grandeza física é tudo aquilo que envolve medidas, ou seja, que pode ser medida. Medir significa comparar quantitativamente uma grandeza física com uma unidade através de uma escala pré-definida. Em outras palavras, medir uma grandeza física é compará-la com outra grandeza de mesma espécie, que é a unidade de medida. Verifica-se, então, quantas vezes a unidade está contida na grandeza que está sendo medida. Nas medições, as grandezas sempre devem vir acompanhadas de unidades. (MILANESE, 2008, p. 2)
Segundo Ismail (2003) quando uma incerteza é avaliada e relatada de uma maneira específica, ela indica o nível de confiança em que o valor realmente cai dentro de uma amplitude definida pelo intervalo de incerteza, ou seja, a incerteza indica quantitativamente a qualidade de um resultado. Assim, uma medida experimental é satisfatoriamente representada quando a esta medida é atribuído um erro, ao qual a medida está sujeita. Quando efetuamos uma medida ou várias medidas (nas mesmas condições e grandeza), o valor dessa grandeza deve ser expresso pela seguinte relação . Para os casos onde é realizada uma única medida, x é a própria medida, e para várias medidas é a média aritmética dos valores medidos mais ou menos o desvio padrão destas medidas. O é chamado de desvio padrão para várias medidas e para uma única medida é chamado de incerteza de resolução ou absoluta, e tem o valor da metade da menor medida do instrumento.
As medidas são realizadas através de instrumentos de medição, cujo os mais utilizados são a régua, onde as unidades de medidas são centímetros e milímetros, possui um erro de medida de 0,05 cm, o paquímetro, um instrumento usado para medir as dimensões lineares internas, externas e de profundidade de uma peça, que consiste em uma régua graduada, com encosto fixo, sobre a qual desliza um cursor, possui um erro de medida de 0,05 cm e o micrômetro, um instrumento de medição de medidas lineares, que tem precisão acima de paquímetro, e é fabricado com resolução entre 0,01 mm e 0,001 mm.
OBJETIVOS
Conhecer e interpretar o significado de grandezas físicas pertinentes medidas e erros;
Conhecer e utilizar instrumentos de medida;
Identificar o erro dos instrumentos de medida;
Calcular o desvio médio;
Comparar os erros.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Materiais
Foram utilizados os seguintes instrumentos de medida nessa prática:
Régua: um instrumento utilizado em geometria, próprio para traçar segmentos de reta e medir distâncias pequenas. É composta por uma lâmina de madeira, plástico ou metal e pode conter uma escala, geralmente centimétrica e milimétrica (FIG. 1).
Figura 1 – Régua
Fonte: http://www.supreoeste.com.br/
Paquímetro: é um instrumento utilizado para medir a distância entre dois lados simetricamente opostos em um objeto. O paquímetro é ajustado entre dois pontos, retirado do local e a medição é lida em sua régua (FIG. 2).
Figura 2 - Paquímetro
Fonte: http://3.bp.blogspot.com/
Fonte: Arquivo pessoal
Micrômetro: é um instrumento de medição que visa a aferir as dimensões de um objeto (espessura, altura, largura, profundidade), e têm grande uso na indústria mecânica, medindo toda a espécie de objetos, como peças de máquinas (FIG. 3).
Figura 3 - Micrômetro
Fonte: http://www.logismarket.ind.br/
Proveta: é um instrumento quase cilíndrico de medida para líquidos. Possui uma escala de volumes razoavelmente rigorosa. Pode ser fabricada em vidro ou plástico, com volumes que normalmente variam entre 1 e 2000 mililitros (FIG. 4).
Figura 4 – Proveta de 50 mL
Fonte: http://www. biosigma.com.br
Balança analítica: é um instrumento que mede a massa de um corpo que se destina à análise de determinada grandeza sob certas condições ambientais (FIG. 5).
Figura 5 – Balança analítica
Fonte: Arquivo pessoal
Foram medidos três objetos durante a prática: fio metálico (FIG. 6), esfera (FIG. 7) e um cilindro vazado (FIG. 8).
Figura 6 – Fio metálico
Fonte: Arquivo pessoal
Figura 7 – Esfera
Fonte: Arquivo pessoal
Figura 8 – Cilindro vazado
Fonte: Arquivo pessoal
Métodos
Determinar o volume de uma esfera
Primeiramente determinaremos o volume da esfera presente na bancada, utilizando a régua, o paquímetro e o micrômetro. Organizaremos os resultados em uma tabela. Apresentaremos os erros em cada medida. E por último diremos com quantos algarismos significativos estão expressos os valores do volume da esfera para cada uma dos instrumentos
Propagação de erro em medidas indiretas
Utilizando o paquímetro, iremos obter as medidas diretas das dimensões da peça metálica presente na bancada. Expressaremos estas medidas com o erro absoluto estimado.
Calcularemos o volume da peça utilizada no item determinando o erro propagado nos cálculos.
Medida direta de volume da peça metálica – Método de Arquimedes
Mensuraremos diretamente o volume da mesmo peça metálica utilizada no item anterior, utilizando uma proveta graduada contendo água. Faremos uma estimativa do erro desta medida. Descreveremos qual o princípio físico utilizado nesta medida.
Compararemos este resultado com o resultado obtido no item 2B. Discutiremos seus resultados em termos do método mais preciso analisando o valor da grandeza e seu erro.
Medida direta de massa e cálculo de densidade
Utilizaremos uma balança para determinar a massa da peça metálica e faça uma estimativa do erro desta medida.
Calcularemos a densidade da peça e o erro propagado utilizando o valor do volume obtido no item 2B.
Compararemos com os valores de densidade tabelados e indicaremos o material do qual a peça utilizada é feita. Discutiremos seus resultados levando em consideração os erros propagados.
Medida do diâmetro de um fio metálico
Faremos 10 medidas do diâmetro Φ do fio metálico presente na bancada e organizaremos os resultados em uma tabela
Calcularemos o valor médio das medidas: onde N é o número de medidas
Calcularemos o desvio de cada medida: e o desvio médio absoluto: 
Compararemos o valor do desvio médio absoluto () com o erro de leitura para o instrumento que você utilizou em suas medidas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Equação do volume de uma esfera: 
Paquímetro:
CONCLUSÃO
Ao utilizar as diferentes ferramentas para medição, é possível obter uma maior segurança quanto aos resultados. Ao utilizar o paquímetro, foi possível observar uma baixa precisão e exatidão comparada ao micrômetro. O micrômetro mostrou-se bem preciso tendo em vista os aspectos observados, o aparelho conta com uma rosca, bem precisa, e um tambor que tem em seu perímetro as gravações, dentre outras estratégias o que permite acomodar mais traços, dividindo o milímetro em um número maior de partes.
Com as peças utilizadas foi possível estabelecer margens de erro, no entanto, através das médias, desvios e incertezas calculados, foi possível comparar os equipamentos e perceber diferença de exatidão e precisão dos equipamentos, sendo assim indispensável a execução dos cálculos para não somente se ter certeza sobre uma determinada medida como também as incertezas instrumentais, através do erro de medida que cada aparelho apresenta.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
MILANESE, Fernando H., Grandezas Físicas e suas Unidades, Araranguá - SP, Ed. Futura, p. 2. 2008
Ismail, K. A. R., Técnicas de medidas e instrumentação, Campinas, S.P., Ed. Imagem, p.369, 2000
Helene, A. M.; Vanin, V. R. “Tratamento Estatístico de Dados em Física Experimental”, Editora Edgard Blücher LTDA.
Vuolo, J. H., “Fundamentos da teoria dos erros”, Editora Edgard Blücher LTDA.