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Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Departamento de Física Laboratório de Física Geral I Relatório de Medidas Físicas (Paquímetro e Micrômetro) Aluno: Matheus Santos Lima Turma: EP01 Engenharia de Produção Professor: Nahuel Oliveira Arenilhas Manaus / 2021 1. Introdução Visto que o conhecimento e experiência na Física são o primeiro passo para a formação profissional das ciências exatas, ainda mais para aqueles que lidarão com atividades experimentais. Com esse intuito, foi criado este relatório com foco principal nas Grandezas físicas. Nas ciências experimentais estamos envolvidos com análises de resultados de medições, em geral expressos em números que devemos ter inicialmente definidos, para interpretá-los corretamente; esses números estão associados às grandezas físicas que queremos medir. Quando fazemos uma medição de dado objeto, usando um instrumento de medida, percebemos que o ato de medir é estar fazendo uma comparação com uma unidade associada ao instrumento. Objetivo: Aprender os padrões de medidas e as medidas físicas, expressar os resultados dos cálculos e medições abordadas, incluindo dimensões e o número de algarismos significativos e a importância de se dar atenção aos erros. Nos parágrafos posteriores, essas experimentações serão trabalhadas minunciosamente, com os resultados sendo expostos através de tabelas e imagens que contém o resultado final. Fonte:Grandezas e medidas - Q.I Educação 2. Fundamentação Teórica Medidas Físicas: uma unidade de medida física consiste em uma quantidade específica de uma grandeza física estabelecida, que é utilizada como padrão para estabelecer outras medidas e para possíveis comparações. Se trata de um conceito amplamente consistente e que será abordado neste relatório. Grandezas, padrões e unidades: as grandezas físicas se resumem em unidades de medidas criadas através do Sistema Internacional de Unidades (SI), responsável por tal padronização. Em toda medida, os algarismos corretos e o primeiro duvidoso são chamados de algarismos significativos. Padrão de comprimento: Conforme o Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade padrão do comprimento é o metro. Padrão de massa: A unidade padrão de massa no Sistema Internacional de unidades (SI) é o quilograma (kg). O quilograma é definido com base na constante de Planck, cujo valor é 6,62 × 10−34 m2kg/s. Padrão de tempo: Existem diversas unidades de medida de tempo, por exemplo a hora, o dia, o mês, o ano, o século. No sistema internacional de medidas a unidades de tempo é o segundo (s). 3. Procedimento Experimental 3.1 Paquímetro O paquímetro é um instrumento de medição preciso, normalmente utilizado para medir pequenos objetos, como um parufuso, ele é capaz de realizar medições internas, externas, de ressalto e de profundidade, sendo comumente utlizado nas industrias por conta de sua precisão. Abaixo tem-se a imagem de um paquímetro assim como a identificação de cada peça do mesmo. Na imagem a seguir é ilustrado as regiões onde são realizadas medições no paquímetro. Apesar de haver quatro tipos de medições possiveis, a leitura do paquímetro sempre será a mesma. Utilizando o simulador da imagem abaixo, observou-se o paquímetro com precisão de centesimos de milimetros de 0,05mm. 3.1.2 Leitura Foi apresentado em livros e artigos que cada número na régua fixa, indica 1cm e a cada 1cm tem-se 10mm, as linhas menores medem 1 mm e as linhas medias 5mm. A régua móvel (régua do nônio) está em milimetros. Assim como, a linha de referência do ZERO da régua móvel marca o primeiro valor da medida e o segundo valor após a vírgula, é marcado pelo alinhamento de uma das linhas da régua móvel com um das linhas da régua fixa. Exercício 1 Sabemos que a cada um centímetro da régua fixa tem-se 10mm e que o zero nesse caso está próximo de 3cm, como cada linha menor tem a medida de 1mm; então tem-se 34mm. Após observarmos, percebemos que valor da régua do nônio que está mais alinhado com a régua fixa, é o 5, daí o 0,55mm. Somamos, obtivemos: 34mm + 0,55mm = 34,55mm Após manusear o simulador no site, movendo as setas para obter um valor, chegamos a 34,55. Exercício 2 Sabemos que a cada um centímetro da régua fixa tem-se 10mm e que o zero nesse caso está próximo de 4cm, como cada linha menor tem a medida de 1mm; então tem-se 44mm. Após observarmos, percebemos que valor da régua do nônio que está mais alinhado com a régua fixa, é o 1, daí o 0,10mm. Somamos, obtivemos: 44mm + 0,10mm = 44,10mm Após manusear o simulador no site, movendo as setas para obter um valor, chegamos a 44,10. Exercício 3 Sabemos que a cada um centímetro da régua fixa tem-se 10mm e que o zero nesse caso está próximo de 5cm, como cada linha menor tem a medida de 1mm; então tem-se 53mm. Após observarmos, percebemos que valor da régua do nônio que está mais alinhado com a régua fixa, é o 6,5, daí o 0,65mm. Somamos, obtivemos: 53mm + 0,65mm = 53,65mm Após manusear o simulador no site, movendo as setas para obter um valor, chegamos a 53,65. 3.2 Micrômetro O micrômetro é uma ferramenta utilizada para medir objetos e tem precisão de milésimos de milímetros, podemos medir com ele a ponta de uma agulha por exemplo. Para realizar a medição no micrometro online, acessamos o simulador com micrômetro de precisão de 0,001mm. 3.2.1 Leitura Exercício 4 A bainha inferior da régua fixa tem 0,5mm as marcações menores, as maiores tem 1mm, as linhas horizontais na régua do nônio medem 1 milésimo de milímetro, a volta de 360° do tambor com a régua móvel mede 50mm. Concluí-se que a medida é de 1,801 pois: são contados 1,5mm na régua fixa. Também, são contados aproximadamente 0,30mm na régua móvel, sabemos que a linha de referência da régua fixa em relação ao zero é a que define o segundo valor, a linha vermelha marca 0,001mm. Somamos e obtivemos o resultado de: 1,5mm + 0,30 + 0,001 = 1,801mm Movemos o tambor na vertical e na horizontal e o micrometro nos deu o valor de 1,801. Exercício 5 Concluí-se que a medida é de 2,476 pois: são contados 2mm na régua fixa. Também, são contados aproximadamente 0,47mm na régua móvel, sabemos que a linha de referência da régua fixa em relação ao zero é a que define o segundo valor, a linha vermelha marca 0,006mm. Somamos e obtivemos o resultado de: 2mm + 0,47mm + 0,006mm = 2,476mm Movemos o tambor na vertical e na horizontal e o micrometro nos deu o valor de 2,476mm. 4. Resultados e Discussões 4.1 Experimentos Após concluirmos todas as aferições do paquímetro e micrômetro, obtivemos como resultados medidas divergentes, as quais apresentam incertezas que podem variar tanto para mais quanto para menos. A partir disso, calculamos a incerteza absoluta para cada medida. As tabelas abaixo apresentam as medições realizadas com suas devidas incertezas calculadas: Tabela 1 – Aferições e Incertezas das medições no paquímetro Paquímetro Escala fixa (mm) Nônio (mm) Resultado (mm) Medida 1 34 0,55 34,55 0,025 Medida 2 44 0,10 44,10 0,025 Medida 3 53 0,65 53,65 0,025 Fonte: Elaborado pelo autor (2021) Os resultados das medições foram obtidos através da soma da escala fixa e nônio do paquímetro. Por conseguinte, considerando que a precisão do paquímetro utilizado é de 0.05mm, realizamos o cálculo da incerteza absoluta. Tabela 2 – Aferições e Incertezas das medições no micrômetro Fonte: Elaborado pelo autor (2021) Para o micrômetro, o resultado expressado na tabela acima foi calculado atravésda soma da escala fixa, tambor e nônio. Considerando que a precisão do micrômetro utilizado é de 0,001 mm, calculamos a incerteza absoluta. • A incerteza absoluta é dada por: Incerteza absoluta = Tabela 3 – Quantidade de algarismos significativos Algarismos significativos Quantidade Medida 1 34 2 Medida 2 44 2 Medida 3 53 2 Medida 4 1 1 Medida 5 2 1 Medida 6 5,6 2 Medida 7 15 2 Micrômetro Escala fixa (mm) Tambor (mm) Nônio (mm) Resultado (mm) Medida 4 1,5 0,30 0,001 1,801 0,0005 Medida 5 2 0,47 0,006 2,476 0,0005 Medida 6 5,5 0,18 0,000 5,680 0,0005 Medida 7 15 0,00 0,000 15,000 0,0005 Fonte: Elaboração própria (2021) A tabela acima apresenta a quantidade de algarismos significativos contidos nas aferições do paquímetro e do micrômetro, sendo eles obtidos pela regra da soma dos algarismos significativos, a qual determina que o resultado deve conter a mesma quantidade de algarismos significativos do número somado que contém a menor quantidade de algarismos significativos. 4.2 Questionários Nesse tópico será apresentada as respostas do questionário passado, a respeito dos assuntos estudados em sala de aula, sendo eles: unidade de medida e algarismos significativos. 4.2.1 Questão 1 O seu amigo francês escreve dizendo que ele mede 1,9 m de altura. Qual é a sua altura em unidades inglesas? Medidas de comprimento em unidades inglesas Convertendo a altura dele de metros para centímetros 1,9 metros = 1,9 × 100 = 190 centímetros. Agora para unidades inglesas Polegada = 2,54 centímetros Fator de conversão: 0,3937 190 centímetros = 190/2,54 = 74,803 polegadas. Ou 190 × 0,3937 = 74,803 polegadas. Pés = 30,48 centímetros Fator de conversão: 0,03281 190 centímetros = 190/30,5 = 6,2335958005 pés Ou 190 × 0,03281 = 6,23359580052 pés Jarda = 91,44 centímetros Fator de conversão: 0,01094 190 centímetros = 190/91,44 = 2,07786526685 jardas. Ou 190 × 0,01094 = 2,07786526685 jardas. 4.2.2 Questão 2 Calcule 37,76+0,132 com o número correto de algarismos significativos e calcule 16,264 – 16,26325 com o número correto de algarismos significativos. 1. Primeira operação: 37,76 + 0,132 = 37,89 Resposta: 37,89. O algarismo 2 não é significativo, pois não pôde ser somado com o algarismo equivalente no número 37,76. 2. Segunda operação: 16,264 - 16,26325= 0,00075 Resposta: 0,001. Os algarismos 7 e 5 não são significativos, pois não puderam ser somados com os algarismos equivalentes no número 16,264. Como o algarismo 7 referente ao décimo de milésimo é maior ou igual a 5, o algarismo referente ao milésimo deve ser aproximado para 1. 4.2.3 Questão 3 Suponha que são necessárias 12 h para esvaziar um contêiner de 5700 m³ de água. Qual é a taxa de fluxo de massa (em kg/s) de água retirada do contêiner? A massa específica da água é 1000 kg/m3. 1. Primeira operação: 12h _____ 5700 m³ 1h _____ x x = 5700/12 x = 475 m³ A vazão é de 475 m³ por hora. 1. Segunda operação: 1h = 3600 segundos 1h _____ 475 m³ 3600s _____ 475 m³ 1s _____ y y = 475/3600 y = 0,132 m³ A vazão é de 0,132 m³ por segundo. 1. Terceira operação: 1 m³_____1000kg 0,132 m³ _____ z z = 132 kg Assim, a taxa de fluxo de massa de água retirada do contêiner é de 132 kg por segundos (kg/s). 5. Considerações Finais A partir dos experimentos e das medições realizadas com os instrumentos paquímetro e micrômetro ficou clara a funcionalidade e importância de ambos. Além disso, é evidente a evolução dos modelos de medição do sistema internacional, ao longo dos anos, resultou em inovações tecnológicas que possibilitaram um maior grau de certeza quanto às medições, bem como a possibilidade de padronizá-las e poder analisá-las e entendê-las em qualquer parte do mundo, o que facilita, por exemplo, o compartilhamento de novos conhecimentos em experimentos realizados em diferentes partes do mundo. Através dos experimentos de medição, pudemos ter um primeiro contato e observar que esses instrumentos são utilizados para medições mais claras e objetivas. O paquímetro, por exemplo, nos mostrou ser um excelente instrumento para aferir a distância entre dois lados simétricos de um objeto. Já o micrômetro, nos fez ter mais contato com a medida “micro”, pouco usual em nosso dia a dia, visto que se trata de um instrumento capaz de aferir as dimensões de um objeto na casa dos micrometros, que é uma unidade de comprimento do metro, mais especificamente 10-6 m. Por se tratar do primeiro contato, o normal foi sentirmos certas dificuldades e estranhezas no momento de manipulação dos equipamentos, bem como em encontrar os valores corretos apresentados pelo professor. Porém, nesse momento que se fez valer o conhecimento das aulas sobre algarismos significativos e incertezas. O uso dos algarismos significativos foi fundamental para a exposição dos resultados com números que não eram inteiros, visto que no mundo real nem tudo são valores inteiros e redondos. Ademais, a propagação de incertezas foi de suma importância para apresentar os resultados encontrados, uma vez que os valores podem diferir para mais ou para menos dos apresentados previamente pelo professor. Tal incerteza se caracteriza por nos afirmar que quando se trata de medições, nenhuma é perfeitamente correta, a incerteza nos representa a impossibilidade de construção de instrumentos absolutamente precisos. Portanto, ao analisar os dados obtidos e a própria experiência de manipulação dos instrumentos, mesmo que de forma remota, ficou evidente que estes são de suma importância, principalmente, quando se fala da área das ciências exatas como a própria Engenharia ou mesmo até no mundo real como nas próprias indústrias, onde basta um zero a mais ou a menos em um lugar errado para desencadear um grande erro. Mesmo que impossível, é necessário alcançar o mais próximo da precisão considerada máxima. 6. Referências (0,5) Site: http://www.stefanelli.eng.br/micrometro-virtual-simulador- milimetro-milesimal/. Acesso: 22/09/2021 Site: https://www.stefanelli;eng.br/paquimetrvirtual-simulador- milimetro-. Acesso: 22/09/2021 http://www.stefanelli.eng.br/micrometro-virtual-simulador-milimetro-milesimal/ http://www.stefanelli.eng.br/micrometro-virtual-simulador-milimetro-milesimal/ https://www.stefanelli;eng.br/paquimetrvirtual-simulador-milimetro- https://www.stefanelli;eng.br/paquimetrvirtual-simulador-milimetro-
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