Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Universidade Federal do Triângulo Mineiro Uberaba, 2019 Instrumentos de medida, propagação de erros e desvio padrão experimental Evellin Taciana de Souza Lima - Introdução ao Laboratório de Física - Departamento de Física e-mail: evellintacianadesouzalima@gmail.com Resumo O experimento realizado em aula no dia dezenove de maio de dois mil e dezenove (29/05/2019) teve como objetivo a demonstração do uso do paquímetro, o uso do micrômetro, a propagação de erros e o desvio padrão experimental. Foram usados quatro esferas maciças com medidas variadas, uma balança e um paquímetro. As medidas foram tomadas com o uso do paquímetro e do micrômetro e os cálculos do volume de cada esfera foram feitos pelos alunos presentes. Após os cálculos dos volumes, as massas foram medidas na balança e as massas específicas calculadas. Palavras chave: paquímetro, massa, medidas, erros, desvio, micrômetro, médio. Introdução A aula experimental proposta teve como objetivo mostrar de forma prática os erros de propagação e os desvios padrões sofridos na medição inexata dos objetos e comparar as medidas obtidas pelo paquímetro e micrômetro. Para a compreensão da utilidade do experimento realizado, é necessário o conhecimento de alguns termos tais como a propagação de erro e o desvio padrão, além dos instrumentos paquímetro e micrômetro. Propagação de erro é uma forma de verificar a confiabilidade dos dados de certa amostra ou medida, quando esta é submetida a diferentes operações matemáticas. Ela define como as incertezas ou erros das variáveis estão relacionados e fornece a melhor estimativa para aquele conjunto de dados. Universidade Federal do Triângulo Mineiro Uberaba, 2019 O desvio padrão é uma medida que expressa o grau de dispersão de um conjunto de dados. Ou seja, o desvio padrão indica o quanto um conjunto de dados é uniforme. Quanto mais próximo de 0 for o desvio padrão, mais homogêneo são os dados. O 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. O nónio ou vernier é a escala de medição contida no cursor móvel do paquímetro, que permite uma precisão decimal de leitura através do alinhamento desta escala com uma medida da régua. O micrômetro é um instrumento metrológico capaz de aferir as dimensões lineares de um objeto (tais como espessura, altura, largura, profundidade, diâmetro etc.) com precisão da ordem de micrometros, que são a milionésima parte do metro. O micrômetro funciona por um parafuso micrométrico e é muito mais preciso que a craveira, que funciona por deslizamento de uma haste sobre uma peça dentada e permite a leitura da espessura por meio de um nônio ou de um mecanismo semelhante ao de um relógio analógico. Procedimentos experimentais Foram entregues aos alunos quatro esferas maciças de diâmetros diferentes, um paquímetro, um micrômetro e uma balança. O professor explicou o objetivo e o roteiro experimental, além de fornecer as instruções necessárias. Após as explicações, os alunos recebera as 4 esferas maciças, objetos de estudo da aula. Imagem 1. Foto tirada em sala da Esfera 1. Universidade Federal do Triângulo Mineiro Uberaba, 2019 Imagem 2. Foto tirada em sala da Esfera 2. Imagem 3 Foto tirada em sala da Esfera 3. Imagem 4. Foto tirada em sala da Esfera 4. Após o recebimento das esferas, as massas foram medidas. a margem de erro da balança é de 1g. Tabela 1. Massa (g) Esfera 1 23,9 ± 1 Esfera 2 32,7 ± 1 Esfera 3 64,0 ± 1 Esfera 4 64,0 ± 1 Tabela demonstrativa das massas obtidas na balança. As esferas 3 e 4 são iguais. Paquímetro Com o uso do paquímetro, os diâmetros foram medidos. Imagem 5. Foto tirada em sala do paquímetro usado. Imagem 6. Foto tirada em sala de uma esfera sendo medida pelo paquímetro. Universidade Federal do Triângulo Mineiro Uberaba, 2019 Os resultados obtidos estão apresentados na tabela abaixo: Tabela 2. Diâmetro (cm) Esfera 1 1,8 Esfera 2 2,0 Esfera 3 2,5 Esfera 4 2,5 Tabela demonstrativa dos diâmetros obtidos na medição com o paquímetro. O desvio padrão calculado pela fórmula Fórmula 1. e equivale a 0,3082 ou 30,82%. O erro médio padrão é calculado pela fórmula: Δ x = σ/√(n) Fórmula 2. onde σ é o desvio padrão. O erro padrão equivale a 0,1541 ou 15,41%. Após a medição dos diâmetros com o paquímetro, os alunos calcularam os respectivos volumes usando a fórmula: v=4/3 π.r3 Fórmula.3 Onde V é o volume, π (pi) equivale a 3,14 e r é o raio (metade do diâmetro). Os volumes obtidos estão apresentados na tabela abaixo: Tabela 3. Volume (cm3) Esfera 1 3,0515 Esfera 2 4,1860 Esfera 3 8,1756 Esfera 4 8,1756 Tabela demonstrativa dos volumes obtidos através da fórmula. As massas específicas (densidade) foram calculadas com a fórmula: μ=m/v Fórmula 4. Tabela 4. Massa específica (g/cm3) Esfera 1 7,8322 Esfera 2 7,8117 Esfera 3 7,8282 Esfera 4 7,8282 Tabela demonstrativa das massas específicas obtidas através da fórmula. Universidade Federal do Triângulo Mineiro Uberaba, 2019 Micrômetro Com o uso do micrômetro, os diâmetros foram medidos. Imagem 7. Foto tirada em sala da caixa do micrômetro usado. Imagem 8. Foto tirada em sala do micrômetro usado. Imagem 9. Foto tirada em sala de uma esfera sendo medida com o micrômetro. Tabela 5. Diâmetro (cm) Esfera 1 1,835 Esfera 2 1,996 Esfera 2 2,930 Esfera 4 2,930 Tabela demonstrativa dos diâmetros obtidos na medição com o micrômetro. O desvio padrão calculado pela fórmula 1 equivale a O erro médio padrão calculado pela fórmula 2 equivale a Após a medição dos diâmetros com o micrômetro, os alunos calcularam os respectivos volumes usando a fórmula 3. Universidade Federal do Triângulo Mineiro Uberaba, 2019 Tabela 6. Volume (cm3) Esfera 1 3,2328 Esfera 2 4,1608 Esfera 3 13,1616 Esfera 4 13,1616 Tabela demonstrativa dos volumes obtidos através da fórmula. As massas específicas (densidade) foram calculadas com a fórmula 4. Tabela 7. Massa específica (g/cm3) Esfera 1 7,3929 Esfera 2 7,8590 Esfera 3 4,8626 Esfera 4 4,8626 Tabela demonstrativa das massas específicas obtidas através da fórmula. Resultados e Discussões Tabela 8. Massa específica Paquímetro (g/cm3) Massa específica Micrômetro (g/cm3) Bloco 1 7,8322 7,3929 Bloco 2 7,8117 7,8590 Bloco 3 7,8282 4,8626 Bloco 4 7,8282 4,8626 Tabela demonstrativa da comparação das massas específicas obtidas através da fórmula. Os resultados apresentaram variações nos valores das massas específicas que foram claculadas. Isso se deve á uma medição inexata das medidas com o micrômetro, pois são nas mdidas feitas com o micrômero que a discrepância é maior. Pesquisando o valor obtido das massas específicas, o material mais próximo dos valores apresentados é o aço. Portanto é deduzível que a esferas são feitas de aço. O valor padrão é de 7,80 g/cm3,o que faz com que os valores calculados não estejam totalmente exatos. Porém considerando a margem de erro acumulada da balança, do paquímetro e do micrômetro, além do erro humano, faz com que os resultados sejam satisfatórios. Realizando as medições, pode-se observar a grande diferença dos valores obtidos entre cada participante do grupo, e a diferença das oito medições realizadas pela mesma pessoa, em momentos diferentes. Consideramos as dificuldades em manipular o paquímetro e o micrômetro, fazermos suas leituras corretamente e a destreza ao encontrar o ponto certo para medição das esferas. Universidade Federal do Triângulo Mineiro Uberaba, 2019 Conclusão Conclui-se, portanto, que apesar da cautela ao verificar os valores medidos e anotados, haverá erros e desvios. Levando em consideração esses aspectos, o experimento em si mostrou de forma prática e clara a propagação de erro e o desvio padrão, além do uso dos instrumentos de medidas. Os resultados apresentados mostram um desvio do valor real. Tal desvio é esperado uma vez que há margens de erro na balança, paquímetro e erro humano. O desvio ocorreu com valores discrepantes no micrômetro, o que mostra o erro humano. Referências Cruz, C.H.B., Fragnito, H.L, Costa, I.F. e Mello, B.A., “Guia para Física Experimental – Caderno de Laboratório, Gráficos e Erros”, IFGW, Unicamp, 1997. Kaschny, J.R., “Paquímetros e Micrômetros – Aspectos Elementares: Uso em um Laboratório de Física Básica”, 2008. https://www.todamateria.com.br/massa- especifica/
Compartilhar