roteiros lab física 1

UNIVERSID ADE FEDER A L D A PAR A ÍB A DEP A RT A MENTO DE FÍSICA LABORATÓRIO DE FÍSIC A Guia para Físic a Experimental I Coordenador do Laboratório Prof. Dr. Umbel ino de Fr eitas Neto Técnicos do Laboratório Bruno Cesar Bez erra Nóbrega de Souza Humberto da Si lva Oliv eira Vlady r Yuri Soares de Lima Caval canti João Pessoa, PB 201 4 Laboratório de Física - UFPB Página 2 Conteúd o Normas de funcionamento do laboratório ................................................................................ 3 Experiências do laboratório de Física I ..................................................................................... 3 Roteiro para elaboração dos relatórios ..................................................................................... 3 1ª Experiência - Medidas Físicas ............................................................................................... 6 2 a Experiência \ue0b1 Movimento Uniformemente Variado / Plano Inclinado ........................... 14 3 a Experiência \ue0b1 Velocidade de Lançamento de um Projétil ............................................... 17 4 a Experiência - Determinação da Aceleração Local da Gravidade .................................. 20 5 a Experiência - Ondas Estacionárias em Cordas ................................................................ 23 6 a Experiência \ue0b1 Dilatação Térmica ........................................................................................ 26 7 a Experiência \ue0b1 Capacidade calorífica e calor específico .................................................. 29 Laboratório de Física - UFPB Página 3 UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATÓRIO DE FÍSICA Normas de fun cionamen to do laborató rio 1. O tempo máx imo de atraso per mitido para as aul as de laboratório é de 15 minutos . 2. Qual quer materi al do laboratório que venha a ser dani ficado ou ex traviado deverá ser reposto pelo grupo . 3. Não serão admitida s brinca deiras dentro do lab oratório. 4. Os relatórios dev erão ser elaborado s conforme as instruções fornecidas. 5. Os relatórios dev erão ser entre gues na aula po sterior àquela da realizaçã o do experimen to. 6. Somente poderão entrega r o relatório os alunos que fizera m a prática. 7. Os alunos dev erão ler com anteced ência as instruçõe s do ex perimento que será realizad o no laboratório. 8. Este g uia deve ser impresso para ser utilizado durante as aulas do laboratório, a falta do mesmo implicará perda de pontos , definida em sala de aula. Experiências do laboratório de Física I 1. Medidas Fí sicas 2. Velocidade de Lança mento de um Pro jétil 3. Determinação da Acel eração Local da Grav idade 4. Ondas Estacionárias em Cordas 5. Dilatação Térmica 6. Capacidade calorí fica e calor especí fico OBS: Para as ex periências 6 e 7 é obri gatório o uso de cal ça comprida e sapato fechado. Ao aluno que comparece r com vestimen ta inadequada não será permi tido fazer a ex periência. Roteiro para elab oração dos relatórios \ue087\ue003\ue033\ue044\ue053\ue048\ue04f\ue01d\ue003\ue024\ue017 \ue087\ue003\ue030\ue044\ue055\ue04a\ue048\ue050\ue01d Direita: 2,0 cm Esquerda: 3,0 c m Superior: 3,0 cm Inferior: 2,0 c m \ue087\ue003\ue029\ue052\ue051\ue057\ue048\ue003 - Times New Roman ou Ari al, tamanho 12 para todo o texto. \ue087\ue003 \ue033\ue044\ue04a\ue04c\ue051\ue044\ue06f\ue06d\ue052\ue003 - todas as páginas do trabalho devem ser contadas seqüenci almente, mas não numeradas. A numeração é colocada, a partir da pág ina de objetivos, em algarismos arábicos, no canto supe rior direito da folha. \ue087\ue003\ue028\ue056\ue053\ue044\ue06f\ue044\ue050\ue048\ue051 to \ue0b1 o texto dev e ser digitado em es paço 1,5. Laboratório de Física - UFPB Página 4 Os relatórios dev em seguir o roteiro abaix o. 1) Capa Uma página para o nome da instituição e do curso ( modelo anexo), nome do estudante, grupo participante da p rática e tí tulo. Veja na próxima p ágina o modelo de capa. 2) Objetivos Escrever qual é o objetivo do ex perimento que foi realiz ado. 3) Introdução teó rica Breve resumo da teoria relacionada com o assunto abordado. Colocar as expressões matemáticas princi pais que serão utilizadas na elab oração do roteiro. 4) Procedimen to experimenta l Descrever, com poucas pal avras, o trabalho exp erimental ex ecutado no laborató rio, indicando o material e e quipamentos utiliz ados. 5) Resultados Deverá ser consti tuído de duas pa rtes. I) Descrição das condições operatórias e resultados, que dev erão ser apresentados sob a forma de tabela ou gráfico . II) Tratamento dos resultados e discussão com apresentação dos cálculos efetuados. Durante a discussão dos resul tados deverão ser re feridos e analisados as po ssíveis diferenças entre os resul tados esperados e os ob tidos. Deverão aind a, ser indicada a possí vel causa par a essas diferenças. 6) Conclusões Fazer a ligação do relatório como um todo através dos objetivos originais e os resultados obtidos. Apresentar uma discussão sobre os resultados obtidos, os métodos de medi da utilizad os, tendo em vista o obj etiv o de seu trabalho. Comparar seus resultados com os aceitos ou tabelados na bibliogra fia. Discutir seus resultados levando em conta o erro total e o erro relativo das grandez as calculad as. 7) Bibliografia. Utilizar a norma da ABNT para a colocação de referências bibliográficas. Observação. O relatório é em Grupo. Laboratório de Física - UFPB Página 5 UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA DEPARTAMENTO DE FÍSICA CURSO DE XXXXXXXXXX Grupo : XYXYXY XYXYXYYXY XYYXYXY - Matrícula ABABABABABB ABABBABAB ABA - Matrícula ACACACACACACCACACACCAC - Matrícula NOME DA EXPERIÊNCIA . DATA LOCAL Laboratório de Física - UFPB Página 6 1ª Experiência - Medidas Fís icas 1. Objetivos - Medir a s dimensões de v ários objetos utiliz ando diferentes instrumentos de medida (régua, paquímetro e micrômetro) - Dete rminar de forma indireta o volume dos diferentes objetos, realizando a me dição direta de suas dimensões - Analisar o número de algarismos significativos e os erros associados a cada medida. - Medir a massa de objetos. - Calcular a densidade de objetos. - Trabalhar com a propagação de erros nos cálculos de volume e densidade. 2. Introdução Neste experimento, consideramos dois p roblemas simples que envolv em a determinação de características e propriedades de um objeto. O primeiro p roblema consiste em determinar até que po nto uma cerâmica para pisos po de ser considerada como sendo quadrada e desta forma as imperfeições existentes na sua forma geométrica possam ser de sprezadas. O segundo problema; po r sua vez, diz respe ito à identificação do material de fabricação de um dado cilindro. A solução desses proble mas utiliza procedimentos que de c erta forma, estão relacionados com aqueles a dotados pela indústria, mais especificamente com o controle de qualidade. A qualidade de cada peça que compõe o produto fina l é determinada, geralmente, pelas seguintes e specificações: (i) as caracte rísticas de sua estrutura interna, (ii) os valores das suas dimensões e (iii) os valores das propriedades f ísico químicas do material utilizado. Este controle é exercido através da comparação das peças a u m determinado - padrão estabelecido. Considerando que o valor verdadeiro de uma grandeza f ísica é uma quantidade desconhecida, pela impossibilidade d e sua determinação, foi necessário o desenvolvimento da TEORIA DOS ERROS. Esta teoria tem por objetivo f inal a determinação do melhor valor possível para uma grandeza a partir dos resultados das medições e na estimativa de quanto este valor difere do valor v erdadeiro. Alguns conceitos bá sicos da teoria, necessários à solução dos problemas propostos serão ap resentados na se gunda seção; na terceira seção será abordado o procedimento experimental adequad o às ob tenções dos dados necessários à solução do s pro blemas. Na quarta seção os dados e xperimentais são a presentados em forma de tabelas. A quinta seção con siste n as discussões, a partir dos dados experimentais, que levam á solução de cada problema investigado. Finalmente, na última seção são ap resentadas conclusões a respeito das po ssíveis soluções, bem como a generalização do s resultados obtidos para outros contextos. Conceitos teóricos A f im de determinar até que ponto a cerâmica pode ser considerada como sendo quadrada, é necessário iden tificar as propriedades que determinam completamente um quadrado. Du as condições dev em ser satisfeitas: (i) os lados devem ser iguais e (ii) os ângulos entre os lados são iguais a 90°. Para saber se a primeira condição é satisfeita, basta fa zer a medida dos lados e depois comp arar estas medidas e ntre si, lev ando em Laboratório de Física - UFPB Página 7 conta o d esvio médio das medidas. A segunda condição pode ser verificada a trav és da \ue055\ue048\ue04f\ue044\ue06f\ue06d\ue052\ue003 \ue046\ue052\ue056\ue003 \ue00b\ue12e\ue012\ue015\ue00c\ue003 \ue020\ue003 \ue02f\ue012 \ue027\ue00f\ue003 \ue052\ue051\ue047\ue048\ue003 \ue027\ue003 \ue070\ue003 \ue044\ue003 \ue047\ue04c\ue044\ue04a\ue052\ue051\ue044\ue04f\ue00f\ue003 \ue02f\ue003 \ue055\ue048\ue053\ue055\ue048\ue056\ue048\ue051\ue057\ue044\ue003 \ue052\ue003 \ue04f\ue044\ue047\ue052\ue003 \ue048\ue003 \ue12e\ue003 \ue052\ue003 \ue06b\ue051\ue04a\ue058\ue04f\ue052\ue003 \ue048\ue051\ue057\ue055\ue048\ue003 \ue052\ue056\ue003 lados da cerâmica. A solução do se gundo problema pode ser obtida a partir da determinaçã o da densidade do cilindro, pois esta é uma propriedade característica do material de fabricação do cilindro. Para tanto, deve se r efetuadas as m edidas da massa e d o volume do cilindro uma vez qu e a densidade é definida como a razão e ntre a massa e o volum e de um corpo. Características dos instrumentos de medição Resolução (r) Menor diferença entre indicaçõe s de um dispositivo mostrador que pode ser significativamente percebida. 3. Material Utilizado Kit de objetos a serem m edidos, régua calibrada em milímetros, transferidor, proveta, paquímetro, balança e termômetro. 4. Procedimento Experimental Problema 1 Os da dos experimentais ne cessários pa ra a solução do problema I são as medidas dos comp rimentos dos lados e das diagonais ou dos ângulos. Para medi r os comprimentos usaremos do is instrumentos de resolução di ferentes uma régua e um paquímetro. A régua é d e material plástico com resolução de ____. O paquímetro utilizado tem resolução ____. Usando a régua Antes de efetuar cada medida procure minimizar um dos erros i nstrumental mais comum ao se usar esse inst rumento, que é o erro de ajuste do zero (quando o experimentador acerta o zero da escala com o início do comprimento a ser m edido). Uma vez dete rminados a resolução e o e rro d e avaliação (erro avali ad o) e levando em conta a observação acima, efetue as medidas dos lados e das diagonais da cerâmica denominados aqui de LI,...,, L4 e D1, D2, respectiv amente. Usando o paquímetro Antes de iniciar o processo de medição, leia atentamente a folha de inst ruções para o uso d este instrumento. Essa fo lha você vai encontrar junto com o seu "kit" para essa experiência. O paquímetro, como a régua , será usado nesta etapa da experiência para a mensuração dos lados e da diagonal da cerâmica. Ef etue agora a medi da dos lados e da diagonal da cerâmica. Laboratório de Física - UFPB Página 8 Usando o transferidor Nesse e xperimento, o instrumento a ser usado tem res olução de ___ . T al como ocorre com a régua, no uso desse instrumento procure ser cuidadoso nos a justes do ponto de encontro das linhas de referência do transferidor ao vértice da cerâmica e ao ajuste de uma de ssas linhas, li nha h orizontal (0° - 180°) com um dos lados da cerâmica. Proceda então a leitura correspondente a medida dessa grandeza. Problema 2 A solução d o problema 2 se rá obtid a através da medida da densidade ou massa específica, que é uma grandeza característica do material. Os dados experimentais necessários à solução do prob lema 2 são, respectivamente: as med idas d a massa e do volume do cilindro. Usando a balança Antes de iniciar a med ida da m assa do cil indro certifique-se de que a balança esteja: i) nivelada em relação ao plano da bancada e ii) "zerada", ou seja, seu fiel da balança ("ponteiro"), inicialmente, aponta zero grama . A resolução da balança é ____. Efetue a medida dessa grandeza. Medida do Volume O valor desta grandeza física será obtido de duas maneiras distintas. Usando o paquímetro Com o pa químetro determine as d imensões lineares do cilindro, isto é, meça o diâmetro (d) e a altura (h) do cilindro e em seguida calcule o volume correspondente. Usando a proveta Na obtenção desta medida você irá utilizar com o instrumento de medida de volume a PROVETA (tubo de vidro com uma es cala graduada). Nesse caso a resolução da proveta é ____. Para p roceder a m edida do volum e, em primeiro lugar deposite um pouco de água na prov eta e anote o valor do volume (Vi) ocupado inicial mente pela água, em se guida deposite o ob jeto de mensuração (cilindro) dentro da proveta to mando o s cu idados necessários para não en tornar a água da p roveta. Anote o valor do volume f inal ocupado pela água (V f \ue00c\ue011\ue003 \ue032\ue003 \ue059\ue052\ue04f\ue058\ue050\ue048\ue003 \ue047\ue052\ue003 \ue046\ue052\ue055\ue053\ue052\ue003 \ue046\ue052\ue055\ue055\ue048\ue056\ue053\ue052\ue051\ue047\ue048\ue055\ue069\ue003 \ue06a\ue003 \ue047\ue04c\ue049\ue048\ue055\ue048\ue051\ue06f\ue044\ue003 \ue00b\ue12f\ue039\ue020\ue039 f -V i ) entre estas duas leituras. Laboratório de Física - UFPB Página 9 5. Resultados Apresentar em f orma de tabelas as medidas realizadas no laboratório, suas médias e se us desvios padrões. Discussão Problema 1: A cerâmica pode ser considerada como sendo quadrada? Um quadrilátero é dito ser um quadrado se as duas condições abaixo são satisfeitas: A - Primeira Condição: IGUALDADE DOS LADOS. Verifique se o s lados são iguais para as m edidas, realizadas com: (a) Régua e (b) Paquímetro. B - Segunda Condição: ÂNGULOS IGUAIS A 90°. Obtenha uma medida INDIRET A do ângulo e do erro propagado, a partir das medida s de \ue027\ue003 \ue048\ue003 \ue02f\ue003 \ue048\ue049\ue048\ue057\ue058\ue044\ue047\ue044\ue056\ue003 \ue046\ue052\ue050\ue003 \ue044\ue003 \ue055\ue070\ue04a\ue058\ue044\ue00f\ue003 \ue058\ue057\ue04c\ue04f\ue04c\ue05d\ue044\ue051\ue047\ue052\ue003 \ue044\ue003 \ue055\ue048\ue04f\ue044\ue06f\ue06d\ue052\ue003 \ue046\ue052\ue056\ue00b\ue12e\ue012\ue015\ue00c\ue003 \ue020\ue003 \ue02f\ue012\ue027\ue011\ue003 \ue032 ângulo pode ser considerado igual a 90 o ? Determine se os ângulos são iguais a 90 0 u sando as medidas do transferidor. Problema 2: Qual o material de fabricação do cilindro? \ue024\ue003 \ue047\ue048\ue051\ue056\ue04c\ue047\ue044\ue047\ue048\ue003 \ue052\ue058\ue003 \ue050\ue044\ue056\ue056\ue044\ue003 \ue048\ue056\ue053\ue048\ue046\ue074\ue049\ue04c\ue046\ue044\ue003 \ue070\ue003 \ue058\ue050\ue044\ue003 \ue04a\ue055\ue044\ue051\ue047\ue048\ue05d \ue044\ue003 \ue047\ue048\ue049\ue04c\ue051\ue04c\ue047\ue044\ue003 \ue053\ue048\ue04f\ue044\ue003 \ue055\ue048\ue04f\ue044\ue06f\ue06d\ue052\ue003 \ue221\ue003 \ue020\ue003 \ue030\ue012\ue039\ue003 ent re a m assa M e o volume V do corpo e é uma prop riedade característica do material. Desta fo rma uma maneira simples d e identificar o mate rial de fabricação de um corpo consiste em determinar a sua densidade. Neste experimento a densidade é determinada de duas maneiras distintas: A - Usando o volume V, do cilindro, a partir das medidas diretas d o diâmetro d e da altura h usando o paquímetro. \ue019 \ued4c \ue003 \ue28c \ue003\ue1e4 \ue007 \ueb36 \ue376 \ue1e4 \ue08a \ued4c \ue334\ue334\ue334\ue334\ue334 \ue334\ue334\ue334\ue334 \ued47 \ue334\ue334\ue334\ue334\ue334\ue334\ue334 \ue085\ue08f \ueb37 Dessa forma, a densidade do cilindro resulta \ue221\ue003\ue020\ue003\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue003 + ________ g/cm 3 . B - Usando o volume V* do cilindro obtido com a proveta. V* =V f -V i = _________ + ________ cm 3 . Assim, a medida da densidade tem como valor: \ue221\ue00d\ue003\ue020\ue003\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue042\ue003 + ________ g/cm 3 . Laboratório de Física - UFPB Página 10 6. Questionári o 1) A partir dos dados obtidos e discussões sobre o primeiro problema, a cerâmica pode ser considerada como sendo quadrada? É possív el dete rminar se a ce râmica é quadrada usando apenas a régua e o teorema de Pitágoras? 2) A medida do ângulo obtida através \ue047\ue044\ue003 \ue055\ue048\ue04f\ue044\ue06f\ue06d\ue052\ue003 \ue046\ue052\ue056\ue003 \ue00b\ue12e\ue012\ue015\ue00c\ue003 \ue020\ue003 \ue02f\ue012\ue027\ue003 \ue070\ue003 \ue050\ue044\ue04c\ue056\ue003 \ue053\ue055\ue048\ue046\ue04c\ue056\ue044 \ue003 \ue047\ue052\ue003 \ue054\ue058\ue048\ue003 \ue044\ue003 medida obtida com o transferidor? 3) A partir da medida mais precisa para a densidade do cilindro e da tabela 1, determine o material de fabricação do cilindro. 4) Sabendo que a densidade de um corpo \ue059\ue044\ue055\ue04c\ue044\ue003 \ue047\ue048\ue003 \ue044\ue046\ue052\ue055\ue047\ue052\ue003 \ue046\ue052\ue050\ue003 \ue221\ue003\ue020\ue003 \ue221 o \ue00b\ue014\ue003 \ue00e\ue12e\ue011\ue0a8\ue037\ue00c\ue00f\ue003\ue052\ue051\ue047\ue048\ue003 \ue12e é \ue046\ue052\ue048\ue049\ue04c\ue046\ue04c\ue048\ue051\ue057\ue048\ue003 \ue047\ue048\ue003 \ue047\ue04c\ue04f\ue044\ue057\ue044\ue06f\ue06d\ue052\ue003 \ue04f\ue04c\ue051\ue048\ue044\ue055\ue003 \ue047\ue052\ue003 \ue050\ue044\ue057\ue048\ue055\ue04c\ue044\ue04f\ue003 \ue048\ue003 \ue0a8\ue037 é a variação de temperatura, d etermine a variação p ercentual d a den sidade e ntre os valores da tabela onde t =20°C e os obtidos no laboratório a uma temperatura T 0 ambiente (medido em um termômetro na sala). Essa variação é significativa no experimento realizado? 5) Por que as variações entre os comprimentos dos lados não são detectados pela régua e são pelo paquímetro? 6) Os métodos utilizados na determinação da densidade do cilindro poderiam ser aplicados a um corpo de forma geométrica ir regular? Por quê? A pêndice Tabela 1. Densidade de meta is METAL DENSIDADE g/cm 3 g/cm 3 g/cm 3 (g.cm -3 ) Alumí nio 2,70 Cobre 8,93 Ouro 19,28 Ferro 7,87 Chumbo 11,34 Estanho 7,29 Platina 21,45 Prata 10,50 Tungstênio 19,30 Zinco 7,14 Tabela 2. Coeficiente de dilataçã o linear Substância Coeficiente de dilatação linear em o C -1 aço 1,1 x 10 -5 alumínio 2,4 x 10 -5 chumbo 2,9 x 10 -5 cobre 1,7 x 10 -5 ferro 1,2 x 10 -5 latão 2,0 x 10 -5 prata 1,9 x 10 -5 zinco 6,4 x 10 -5

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