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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE ENERGIAS ALTERNATIVAS E RENOVÁVEIS GRADUANDO EM ENGENHARIA ELÉTRICA JORGE GOMES LIMA EXPERIMENTO: MEDIDAS DE GRANDEZAS FÍSICAS João Pessoa 2021 JORGE GOMES LIMA EXPERIMENTO: MEDIDAS DE GRANDEZAS FÍSICAS Relatório técnico apresentado a disciplina de Física experimental I do curso de Engenharia Elétrica, como parte dos requisitos necessários à obtenção de nota referente a primeira avaliação. João Pessoa 2021 RESUMO Relatório contendo todo passa a passo e resultados obtidos referentes a um experimento, que trata da observação e medição de objetos, determinando suas medidas e volume a partir de dois métodos diferentes. Palavras-chave: Análise. Medição. Erros. Incertezas. LISTA DE TABELAS 3.1 Dados das medições da borracha. 3.2 Dados das medições da salsicha. 4.2 Comprimentos do cilindro. 5.1 Liquido deslocado da borracha. 5.2 Liquido deslocado da salsicha. 6.1 Conclusões. SUMÁRIO 1 Introdução .................................................................................................................... 6 2 Objetivos ...................................................................................................................... 7 2.1 Objetivo geral ........................................................................................................ 7 2.2 Objetivos específicos ............................................................................................ 7 3 Medidas de grandezas físicas ....................................................................................... 8 3.1 Borracha ................................................................................................................ 8 3.2 Salsicha ................................................................................................................. 8 4 Medidas de grandezas físicas: Parte I ........................................................................ 10 4.1 Borracha ............................................................................................................. 10 4.2 Salsicha ............................................................................................................... 13 5 Medida de grandezas físicas: Parte II ........................................................................ 16 5.1 Borracha ............................................................................................................. 16 5.2 Salsicha ............................................................................................................... 17 6 Conclusão .................................................................................................................. 18 1 INTRODUÇÃO Neste experimento foi realizado a medição de dois objetos a fim de determinar o volume de acordo com as medidas aferidas, além de comparar duas formas de obter o volume dos objetos. 6 2 OBJETIVO 2.1 Objetivo geral Determinação de medidas, volume, incertezas de objetos, sendo eles: borracha e salsicha. 2.2 Objetivo específico Medições gerais Calculo de incertezas Analise de volume 7 3 MEDIDA DE GRANDEZAS FÍSICAS 3.1 Borracha A tabela 3.1 a seguir mostra as medições feitas da borracha, sendo um objeto que tem comprimento, largura e altura. Como instrumento de medida foi adotado o paquímetro não só pelo seu grau de precisão como também por pinçar os objetos, realizando assim uma medida mais confiável. Cada medição foi feita oito vez, para assim se aproximar da medida real. A resolução do paquímetro é 0.05 mm. Tabela 3.1: Dados das medições da borracha Comprimento(mm) Largura(mm) Altura(mm) 42.60 ± 0.05 10.75 ± 0.05 22.45 ± 0.05 42.55 ± 0.05 10.80 ± 0.05 22.55 ± 0.05 42.50 ± 0.05 10.85 ± 0.05 22.40 ± 0.05 42.60 ± 0.05 10.75 ± 0.05 22.30 ± 0.05 42.65 ± 0.05 10.70 ± 0.05 22.35 ± 0.05 42.55 ± 0.05 10.85 ± 0.05 22.45 ± 0.05 42.50 ± 0.05 10.70 ± 0.05 22.50 ± 0.05 42.65 ± 0.05 10.70 ± 0.05 22.40 ± 0.05 8 3.2 Salsicha A seguir foi feito as medições de raio e comprimento da salsicha, com o auxílio de um parquímetro para medições mais precisas. Tabela 3.2: Dados das medições da salsicha Comprimento(mm) Diâmetro(mm) 125.40 ± 0.05 22.45 ± 0.05 125.95 ± 0.05 23.70 ± 0.05 126.40 ± 0.05 22.70 ± 0.05 125.75 ± 0.05 23.00 ± 0.05 126.00 ± 0.05 23.55 ± 0.05 125.75 ± 0.05 23.30 ± 0.05 126.25 ± 0.05 22.65 ± 0.05 125,95 ± 0.05 23.25 ± 0.05 9 4 MEDIDA DE GRANDEZAS FÍSICAS: PARTE I 4.1 Borracha O cálculo da área superficial da borracha é feito com base na formula da área superficial de um paralelepípedo: 𝐴𝑡 = 2𝑐𝑙 + 2𝑐𝑎 + 2𝑙𝑎. Sendo 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑐, 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 = 𝑙 e 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑎. Para que a área seja calculada é necessário a média de cada medida. 𝑀𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑋𝑖 𝑁 𝑀𝑐 = 42.60 + 42.55 + 42.50 + 42.60 + 42.65 + 42.55 + 42.50 + 42.65 8 𝑀𝑐 = (42.57 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 Para realizar o cálculo da incerteza é levado em consideração todas as medidas encontradas. Sendo 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎 = 𝜎. 𝜎 = (𝐷𝑖 − 𝐷) 𝑁 − 1 𝜎𝑐 = (42.60 − 42.57) + (42.55 − 42.57) + (42.50 − 42.57) + (42.60 − 42.57) + (42.65 − 42.57) + (42.55 − 42.57) + (42.50 − 42.57) + (42.65 − 42.57) 7 𝜎𝑐 = 0.06 𝑚𝑚 𝑀𝑐 = (42.57 ± 0.06)𝑚𝑚 𝑀𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 = 𝑋𝑖 𝑁 𝑀𝑙 = 10.75 + 10.80 + 10.85 + 10.75 + 10.70 + 10.85 + 10.70 + 10.70 8 𝑀𝑙 = (10.76 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 10 𝜎𝑙 = (10.75 − 10.76) + (10.80 − 10.76) + (10.85 − 10.76) + (10.75 − 10.76) + (10.70 − 10.76) + (10.85 − 10.76) + (10.70 − 10.76) + (10.70 − 10.76) 7 𝜎𝑙 = 0.06 𝑚𝑚 𝑀𝑙 = (10.76 ± 0.06)𝑚𝑚 𝑀𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑋𝑖 𝑁 𝑀𝑎 = 22.45 + 22.55 + 22.40 + 22.30 + 22.35 + 22.45 + 22.50 + 22.40 8 𝑀𝑎 = (22.42 ± 𝑖𝑚𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 𝜎𝑎 = (22.45 − 22.42) + (22.55 − 22.42) + (22.40 − 22.42) + (22.30 − 22.42) + (22.35 − 22.42) + (22.45 − 22.42) + (22.50 − 22.42) + (22.40 − 22.42) 7 𝜎𝑎 = 0.08 𝑚𝑚 𝑀𝑎 = (22.42 ± 0.08)𝑚𝑚 A partir dos dados obtidos será calculado a área superficial da borracha utilizando a forma mencionada acima. 𝐴𝑡 = 2𝑐𝑙 + 2𝑐𝑎 + 2𝑙𝑎 11 𝐴𝑡 = 2(42.57 × 10.76) + 2(42.57 × 22.42) + 2(10.76 × 22.42) 𝐴𝑡 = (3307.42 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 Para calcular a incerteza da área calcularemos usando a formula de propagação de erros: 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎 = (𝜎𝑐) 𝑐 + (𝜎𝑙) 𝑙 + (𝜎𝑎) 𝑎 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎 = (0.06) 42.57 + (0.06) 10.76 + (0.08) 22.42 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎 = √0.0007 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎 = 0.02 𝐴𝑡 = (3307.42 ± 0.02)𝑚𝑚 Próximo passo do experimento é determinar o volume da borracha. Além do cálculo da incerteza usará os mesmos passos da área superficial. 𝑉𝑡 = 𝑐 × 𝑙 × 𝑎 𝑉𝑡 = 42.57 × 10.76 × 22.42 𝑉𝑡 = (10 269.55 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 𝜎𝑣 = (𝜎𝑐) 𝑐 + (𝜎𝑙) 𝑙 + (𝜎𝑎) 𝑎 𝜎𝑣 = √0.0007 𝜎𝑣 = 0.02 𝑉𝑡 = (10 269.55 ± 0.02)𝑚𝑚 2 12 4.2 Salsicha Será determinado a área superficial da salsicha, como o guia do experimento diz para adotar as extremidades da salsicha como duas semi calotas esféricas para realizar os cálculos. Logo a salsicha foi separada em dois, um cilindro e uma esfera (formada pela junção das duas semi calotas esféricas). O diâmetro dessa esfera será a média das medições do diâmetro, e ainda esse mesmo diâmetro será subtraído das medições de comprimento, para obter o comprimento do cilindro. 𝑀𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 22.45 + 23.70 + 22.70 + 23.00 + 23.55 + 23.30 + 22.65 + 23.25 8 𝑀𝑑 = (23.07 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 𝜎𝑑 = (22.45 − 23.07) + (23.70− 23.07) + (22.70 − 23.07) + (23.00 − 23.07) + (23.55 − 23.07) + (23.30 − 23.07) + (22.65 − 23.07) + (23.25 − 23.07) 7 𝜎𝑑 = 0.44 𝑀𝑑 = (23.07 ± 0.44)𝑚𝑚 Subtraindo o valor do Médio do diâmetro no comprimento do cilindro, obtemos novos valores: Tabela 4.2: Comprimentos do cilindro. Comprimento(mm) 79.26 ± 0.05 79.81±0.05 80.26 ± 0.05 79.61 ± 0.05 79.86 ± 0.05 79.61 ± 0.05 80.11 ± 0.05 79.81 ± 0.05 13 Será calculado a media do comprimento do cilindro: 𝑀𝑐𝑖 = 79.26 + 79.81 + 80.26 + 79.61 + 79.86 + 79.61 + 80.11 + 79.81 8 𝑀𝑐𝑖 = (79.79 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 𝜎𝑐𝑖 = (79.26 − 79.79) + (79.81 − 79.79) + (80.26 − 79.79) + (79.61 − 79.79) + (79.86 − 79.79) + (79.61 − 79.79) + (80.11 − 79.79) + (79.81 − 79.79) 7 𝜎𝑐𝑖 = 0.31 𝑀𝑐𝑖 = (79.79 ± 0.31)𝑚𝑚 A partir dos dados obtidos realizaremos o cálculo da área superficial da salsicha, que será composta por a área do cilindro (apenas a área lateral) mais a área das duas semi calotas esféricas, que neste caso pode ser simplificado por apenas uma esfera de diâmetro 23.07mm. 𝐴𝑡 = 𝐴𝑐𝑖𝑙 + 𝐴𝑒 𝐴𝑡 = 2𝜋 23.07 2 79.79 + 4𝜋 23.07 2 𝐴𝑡 = (5782.90 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 + (1672.03 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎𝑐𝑖 = (0.44) 23.07 + (0.31) 79.79 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎𝑐𝑖 = √0.00959 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎𝑐𝑖 = 0.09 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎𝑒 = 4(0.14) 23.07 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎𝑒 = √0.00339 𝜎𝑎𝑟𝑒𝑎𝑒 = 0.05 𝐴𝑡 = (5782.90 ± 0.09)𝑚𝑚 + (1672.03 ± 0.05)𝑚𝑚 14 O volume da salsicha será calculado dividido em cilindro e esfera: 𝑉 = 𝑉𝑐𝑖 + 𝑉𝑒 𝑉 = 𝜋( 23.07 2 ) 79.79 + 4𝜋( 23.07 2 ) 3 𝑉 = (33352.89 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 + (6428.97 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎) 𝜎𝑣𝑐𝑖 = 2( 0.44 2 ) ( 23.07 2 ) + (0.31) (79.79) 𝜎𝑣𝑐𝑖 = √0.000742607 𝜎𝑣𝑐𝑖 = 0.02 𝜎𝑣𝑒 = ( 0.44 2 ) ( 23.07 2 ) 𝜎𝑣𝑒 = 0.01 𝑉 = (33 352.89 ± 0.02)𝑚𝑚 + (6 428.97 ± 0.01)𝑚𝑚 15 5 MEDIDA DE GRANDEZAS FÍSICAS: PARTE II 5.1 Borracha Na parte dois do experimento o volume dos objetos é encontrado de outra forma, um recipiente (copo) é preenchido de água até o limite de transbordar e é colocado em cima do segundo recipiente (prato) que serve como aparador. Com tudo montado basta inserir o objeto na água e o volume do objeto será deslocado em água pra fora do recipiente 1 ficando contido no recipiente 2, com o auxílio de uma seringa é possível dimensionar a quantidade de água que foi deslocada e consequentemente o volume do objeto. Quando a água é adicionada ao recipiente, três gotas de detergente devem ser adicionadas também, essa ação tem como objetivo diminuir a tensão superficial da água, fazendo com que ela derrame. A tabela a seguir mostra os valores obtidos repetindo o processo cinco vezes com a borracha. Tabela 5.1:Liquido deslocado da borracha. ml mm3 15.4 15 400 14.7 14 700 13.9 13 900 14.3 14 300 13.6 13 600 𝑀𝑏 = 15 400 + 14 700 + 13 900 + 14 300 + 13 600 5 𝑀𝑏 = (14 380 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎) 𝑚𝑚 𝜎𝑏 = (15 400 − 14 380) + (14 700 − 14 380) + (13 900 − 14 380) +(14 300 − 14 380) + (13 600 − 14 380) 4 𝜎𝑏 = 683 𝑀𝑏 = (14 380 ± 683) 𝑚𝑚 16 5.2 Salsicha Faremos os mesmos cálculos, porém em relação a salsicha: Tabela 5.1:Liquido deslocado da salsicha. ml mm3 33.2 33 200 34.8 34 800 33.9 33 900 35.4 35 400 36.2 36 200 𝑀𝑏 = 33 200 + 34 800 + 33 900 + 35 400 + 36 200 5 𝑀𝑏 = (34 700 ± 𝑖𝑛𝑐𝑒𝑟𝑡𝑒𝑧𝑎)𝑚𝑚 𝜎𝑏 = (33 200 − 34 700) + (34 800 − 34 700) + (33 900 − 34 700) +(35 400 − 34 700) + (36 200 − 34 700) 4 𝜎𝑏 = 1187 𝑀𝑏 = (34 700 ± 1 187)𝑚𝑚 7 17 6 CONCLUSÃO Diante de todos os cálculos, é possível observar a utilização de dois métodos para o cálculo dos volumes, nesse caso a discrepância é notada entre eles, como é mostrado na tabela abaixo: Tabela 6.1: Conclusões. MEIOS MATEMATICOS DESLOCAMENTO DO LIQUIDO BORRACHA 10 269.55 ± 0.02 14 380 ± 683 SALSICHA 39 781.86 ± 0.03 34 700 ± 1 187 O cálculo por meios matemáticos é mais próximo do real, já que sua incerteza é bem pequena comparada a incerteza pelo cálculo do volume por deslocamento do líquido. A vantagem do cálculo por meios matemáticos é pela sua precisão, porém é mais trabalhoso por conta das inúmeras medidas que foram realizadas. Já a vantagem do volume por deslocamento do liquido é por sua facilidade em realizar, já que não é necessários cálculos, porém sua precisão é bem baixa. 18
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