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1 GRÁFICOS EM PAPEL MILIMETRADO Gráficos são linhas desenhadas a partir de escalas sobre eixos ortogonais e que mostram o comportamento de uma grandeza (efeito) em relação à outra (causa). A grandeza representada em cada eixo recebe o nome de variável. O eixo horizontal recebe o nome de abscissa e nele marcamos a variável independente, isto é, aquela que nós manipulamos (causa). No eixo vertical, ordenada, marcamos a variável dependente, isto é, a resposta de um sistema de manipulação (efeito). Os gráficos permitem uma visualização do comportamento de uma variável (ou grandeza) em relação à outra. ESCALA é uma linha, isto é, um eixo, com marcas sob as quais se indicam os valores ordenados de uma grandeza. A distância entre duas marcas consecutivas é chamada de passo. A diferença entre dois valores consecutivos da grandeza chama-se degrau. 2 A distância de ao longo da linha da escala, de uma marca ao ponto de referência, pode ser dada por uma função da grandeza a ser representada, ou seja, L = f (G) ESCALA LINEAR Uma escala é linear quando a função f(G) que a define é uma função do 1o grau, L = m G + lo onde lo dá a posição da marca em que a grandeza assume o valor zero; m é o módulo de escala, ou seja, mostra a correspondência entre a grandeza e o comprimento no papel (na escala) e G valor da grandeza. Aplicando a equação ao ponto de referência L = m G + lo → 0 = m Go + lo, m = - m Go → L = m G – m Go ou, → L = m (G - Go) Equação de uma escala linear, L é uma função linear de (G - Go). Se a origem da escala coincide com o referencial, Go = 0 → L = m G e m = L/G Onde L é o comprimento a ser utilizado no papel e G o valor máximo da grandeza. 3 Exemplo: Dado os pontos (Tabela) a seguir, 1 2 3 4 5 6 P (cmHg) 72,5 74,9 75,9 77,2 78,5 80,4 t (oC) 30,0 38,0 42,3 48,0 54,0 61,0 a) Trace o gráfico de P x t em papel milimetrado. Utilize o passo de 20,0 mm para ambas as escalas e calcule os degraus das duas escalas. b) Qual deve ser o tipo de função que descreve Y x X? c) Determine os parâmetros da função Y (X). Solução: Técnicas de construção de gráficos Cálculo dos módulos de escala e degrau Antes de iniciarmos os cálculos dos módulos de escala, faremos algumas considerações. Eixo X: Equação da escala: L = m(G – Go); sejam os valores inicial e final da grandeza do eixo X: ________________________________ 30,0 30,5 61,0 Se o valor da primeira grandeza, 30,0oC, estiver na “primeira metade” da escala, nós incluímos a origem da escala, ou seja, Go = 0. Então, para este caso, Go = 0, pois 30,0oC está na “primeira metade” da nossa escala. Daí, L = m G; façamos Lx = 150,0 mm (comprimento arbitrário). Logo, 150,0 mm = m.61,0oC , m = 2,47 mm/oC; isto quer dizer que a cada 2,47 mm de comprimento da nossa escala corresponde a 1,0 grau Celcius de temperatura. Melhores módulos de escala: 1.10n; 2.10n; 5.10n. Então, 4 m = 2,0mm/oC, ou seja, a cada 2,0 mm de comprimento da nossa escala corresponde a 1,0 grau Celcius de temperatura. Cálculo do degrau Da equação da escala, L = m.G, teremos: 20,0 mm = 2,0 mm/oC. D. daí, D = 10,0oC. Isto quer dizer que a cada 20,0 mm de comprimento da nossa escala do eixo X, a partir da origem, colocamos/marcamos 10,0oC. Calculemos agora as diversas distâncias (pontos) a partir da origem da nossa escala do eixo dos X (temperaturas): Temos que L = m.G, então, L1x = mx .G1x = 2,0mm/oC .30,0 oC = 60,0 mm L2x = mx .G2x = 2,0mm/oC .38,0 oC = 76,0 mm L3x = mx .G3x = 2,0mm/oC .42,3 oC = 84,6 mm L4x = mx .G4x = 2,0mm/oC .48,0 oC = 96,0 mm L5x = mx.G5x = 2,0mm/oC .54,0 oC = 108,0 mm L6x = mx .G6x = 2,0mm/oC .61,0 oC =122,0 mm Módulos de escala e degrau do Eixo Y: Equação da escala: L = m(G – Go); sejam os valores inicial e final da grandeza do eixo Y: ________________________________ 72,5 40,2 80,4 Se o valor da primeira grandeza, 72,5 cmHg, estiver na “primeira metade” da escala, nós incluímos a origem da escala, ou seja, Go = 0. Então, para este caso, não incluiremos a origem, pois o primeiro ponto, 72,5 cmHg está na “segunda metade” da nossa escala. Daí, L = m (G - Go), e, fazendo L = 100,0 mm (arbitrário), m = 100,0 mm / (80,4 – 72,5)cmHg; logo, m = 12,6 mm/cmHg = 10,0 mm/cm/Hg (de acordo com os melhores módulos de escala: 1.10n; 2.10n; 5.10n) 5 Calculemos agora as diversas distâncias (pontos) a partir da origem da nossa escala do eixo dos Y (pressões): Temos que LY = mY (GY - GoY), então, L1Y = mY (G1Y - GoY)= 10,0 mm/cmHg (72,5 – 72,5) = 0,0 mm. Para evitarmos este primeiro ponto seja zero (o que não está errado), façamos com que Goy seja um pouco inferior a 72,5 cmHg, por exemplo, 70,0 cmHg. Então, m = 100,0 mm/ (80,4 – 70,0)cmHg = 9,1743 mm/cmHg = 10,0 mm/cmHg (de acordo com os melhores módulos de escala: 1.10n; 2.10n; 5.10n), o que significa dizer que a cada 10,0 mm de comprimento da nossa escala corresponde a 1,0 centímetro de mercúrio de pressão. Cálculo do degrau Da equação da escala, L = m.G, teremos: 20,0 mm = 10,0 mm/cmHg . D. daí, D = 2,0 mm/cmHg. Isto quer dizer que a cada 20,0 mm de comprimento da nossa escala do eixos dos Y, a partir da origem (70,0 cmHg) colocamos/marcamos 2,0 cmHg. Calculemos agora as diversas distâncias (pontos) a partir da origem da nossa escala do eixo dos Y (pressões): Temos que LY = mY (GY - GoY), então, L1y= mY (G1y- GoY)= 10,0 mm/cmHg (72,5 – 70,0) cmHg = 25,0 mm. L2y= mY (G2Y - GoY)= 10,0 mm/cmHg (74,9 – 70,0) cmHg= 49,0 mm. L3y= mY (G3Y - GoY)= 10,0 mm/cmHg (75,9 – 70,0) cmHg = 59,0 mm. L4y= mY (G4Y - GoY)= 10,0 mm/cmHg (77,2 – 70,0) cmHg = 72,0 mm. L5y= mY (G5Y - GoY)= 10,0 mm/cmHg (78,5 – 70,0) cmHg = 85,0 mm. L6y= mY (G6Y - GoY)= 10,0 mm/cmHg (80,4 – 70,0) cmHg = 104,0 mm. Após graduados os eixos, iremos localizar os pontos (x;y) no papel milimetrado. A partir dos pares ordenados (x;y) podemos localiza-los e traçar um pequeno círculo em torno de cada um, simbolizando desta forma a incerteza na sua posição. O gráfico é então obtido através da linha que mais 6 se ajusta aos pontos, ou seja, o gráfico é obtido tomando-se o maior número de pontos possíveis, como nos mostra, a seguir, o gráfico deste exemplo. a) Gráfico b) A função é do tipo P = at + b c) Os parâmetros da função são os coeficientes a (coeficiente angular) e b (coeficiente linear). a = ΔP/Δt = P2 – P1 / t2 – t1 . Tomemos então os pontos P2 (pertencentes à reta, não os pontos que encontramos para a construção do gráfico, pois esses pontos são passíveis de erros) de coordenadas (135,0;120,0) e P1 de coordenadas (55,0;20,0); esses pontos são bem afastados entre si, a fim de que os erros relativos das leituras sejam pequenos. Então, a = ΔP/Δt = P2 – P1 / t2 – t1 = [(120,0 – 20,0) /10,0] / [(135,0 – 55,0) /2,0] Observação: dividimos as coordenadas dos pontos 1 e 2 pelos seus respectivos módulos de escala, pois ao construirmos o presente gráfico multiplicamos os valores das distâncias pelos respectivos módulos. Então, a = 0,250 A fim de encontrarmos o parâmetro b, escolhemos o ponto 1 ou o ponto 2 e o substituímos na função, ou seja, tomando o ponto 1 (55,0;20,0), teremos, P = at + b 20,0/10 + 70,0 = 0,25.55,0/2,0+b b = 65,1 Daí, a nossa equação será: P = 0,250.t + 65,1 Observação: somamos o valor 70,0 ao valor de P1 na função, pelo fato de termos atribuído o valor de GoY = 70,0 cmHg (deslocamos o eixo dos Y, ordenadas, em 70,0 cmHg).
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