Pré-Relatório 4 - Métodos Experimentais em Engenharia

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Objetivos: 
 
 Avaliação de grandeza física através de métodos diferentes e comparação de 
resultados através do erro normalizado; 
 Estimativa de incertezas experimentais; combinação e propagação de incertezas; 
 Ajuste e linearização de curvas exponenciais e logarítmicas; 
 Análise da característica física de dureza ou resistência em materiais diferentes; 
 Estudo da variação da energia cinética de uma bola em choque parcialmente 
elástico; 
 Determinação do coeficiente de restituição mediante procedimentos práticos; 
 Utilização de dispositivos móveis para aquisição de sinais de áudio e imagem. 
 
Lista de Equipamentos e Materiais: 
 
 Osciloscópio Tektronix 2022B; 
 Caixa contendo dois circuitos amplificadores, cada um deles conectado a um 
microfone de eletreto; 
 Fonte de alimentação (+3V); 
 Multímetro digital portátil; 
 2 cabos de conexão banana/banana; 
 2 cabos de conexão banana/jacaré; 
 Cilindro de Plástico (cerca de 50 cm de altura e 22 cm de diâmetro): o objetivo do 
cilindro consiste em induzir a bola a se deslocar verticalmente após cada impacto 
(minimizando assim irregularidades na superfície da base); 
 Base de granito; 
 Cronômetro; 
 Esferas de diferentes materiais. 
 
Procedimento e cuidados experimentais: 
 
1. Primeiramente monte o arranjo experimental ilustrado na figura abaixo: 
 
 
Figura 1 – Aparato para determinação do coeficiente de restituição 
 
2. Meça a altura H do cilindro de plástico e estime sua incerteza: _________________ 
3. Soltando a bola em queda livre, realize a medição do tempo de queda (tempo que 
ela demora a cair até chocar com o solo pela primeira vez), utilizando o cronômetro. 
Nota: A bola deverá cair sempre do mesmo ponto: considere a altura H do cilindro 
como referência. 
 
Bola: (s) 
Andressa 
 
 
 
Calvin 
 
 
 
Júlia 
 
 
 
Kauanna 
 
 
 
Pedro Paulo 
 
 
 
Média 
Tabela 1 – Tempo da primeira colisão, medido com o cronômetro. 
 
4. Calcule a partir da expressão abaixo: 
 
 √
 
 
 (1) 
 
H – Altura do cilindro de plástico; 
g – Aceleração da gravidade ⁄ 
 
 
 
5. Adapte o aparato experimental anexando os componentes necessários para captação 
e interpretação do sinal acústico, conforme o figura a seguir: 
 
 
Figura 2 – Aparato para a coleta do sinal acústico e visualização do sinal elétrico amplificado 
 
Nota 1: Para realizar a conexão do microfone e do amplificador com a fonte de 
alimentação e o osciloscópio, siga as instruções dos técnicos e do professor. 
Certifique-se de conectar ao osciloscópio a saída do circuito correspondente ao 
microfone utilizado (S1 ou S2). Mais detalhes sobre o circuito amplificador estão 
apresentados no Anexo desta apostila. 
 
Cuidado: A tensão de alimentação do amplificador não deve ultrapassar 3 
V ou 3,5 V para não despolarizar o microfone. Ajuste a tensão da fonte de 
alimentação utilizando o multímetro, antes de conectá-la ao circuito 
amplificador. 
 
Nota 2: Para a obtenção de dois ou mais transitórios na tela do osciloscópio, 
contendo os picos correspondentes aos impactos (figura 4), deve-se ajustar 
adequadamente os controles de ganho de tensão (amplitude) e base de tempo (eixo 
horizontal) do osciloscópio. 
A ponta de prova do osciloscópio e a correspondente configuração do canal 1 
deverão ser ajustadas para (x1). 
Para o ajuste da amplitude, sugere-se que seja usado o modo automático do 
osciloscópio. Para o ajuste da base de tempo, pode ser usado um valor entre 50 e 
100 ms/divisão, dependendo do material sendo testado. 
 
6. Mediante o sinal de impacto acústico captado pelo microfone de eletreto (figura 2), 
amplificado e apresentado na tela do osciloscópio, meça o intervalo de tempo entre 
os dois primeiros impactos sucessivos. 
 
Bola: 
 
 
7. Utilizando-se do mesmo conjunto (microfone, amplificador, fonte e osciloscópio) 
meça os diferentes intervalos de tempo entre os impactos da bola de alto coeficiente 
de restituição fornecida para a realização do experimento. 
Atenção: n deve ser 
 
 
 Bola: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 3 – Intervalo de tempo entre colisões 
 
 
Questões: 
 
1) Como você espera que variem as medidas de (tempo de queda até o primeiro 
impacto), obtidas para diversas bolas? Em teoria, estes valores deveriam ser 
diferentes? Comente. 
 
2) Comente sobre as principais fontes de incertezas nos procedimentos de medição 
do coeficiente de restituição. 
 
3) Faça uma tabela comparativa dos valores de coeficiente de restituição obtidos 
através dos diferentes métodos utilizados. Avalie se, com as incertezas estimadas, os 
métodos utilizados são compatíveis. Utilize o conceito de erro normalizado ( 
para esta comparação: 
 
 |
 
√ 
| 
 
4) Comente o efeito da base de granito no ensaio. Ela afeta os resultados? Sua massa 
afeta os resultados? 
 
5) Pesquise na literatura valores para os coeficientes de restituição dos materiais 
avaliados, e comente eventuais diferenças entre estes valores e aqueles obtidos no 
experimento. 
 
6) Descreva três exemplos de aplicações industriais para o procedimento descrito 
neste experimento.