Física Experimental: Mecânica. Aula 1. Introdução ao laboratório

Transcrição

1 Física Expeimental: Mecânica Aula 1 Intodução ao laboatóio 1

2 Conteúdo desta aula: -Objetivos... slides 3 6 -Divisão de gupos... slides 6 8 -Uso de equipamentos... slides Unidades Intenacionais... slides Algaismos significativos... slides Incetezas (popagação)... slides 19 6

3 Objetivos e funcionamento Esta disciplina tem como objetivo a obtenção, tatamento e análise de dados obtidos em expeimentos de mecânica (Física). Ela intoduz também o uso de alguns apaelhos de medida e metodologias de apesentação de esultados. É pé-equisito paa as outas disciplinas de física expeimental ofeecidas pelo Depatamento de Física da UFMG nos pimeios anos de gaduação paa os cusos de ciências exatas e engenhaias. 3

4 Objetivos e funcionamento Expeimentos ealizados nesta disciplina: AULA 3: Pêndulo Simples (expeimento coletivo); 1. Contante elástica de molas;. Movimentos combinados de tanslação e otação; 3. Momento de inécia; 4. Densidade de um líquido; 5. Colisão Inelástica; 6. Movimento de um pojétil; 7. Movimento etilíneo com aceleação constante; 8. Foças impulsivas; Pova 1: Defomação elástica de uma haste; Pova : Oscilação de um sistema massa-mola. 4

5 Objetivos e funcionamento O semeste é composto po 14 aulas: aulas intodutóias + dois blocos de 4 expeimentos com uma pova expeimental cada - Aula 1: Intodução ao laboatóio - Aula : Softwae paa elaboação de gáficos. - Aula 3: Expeimento coletivo Pêndulo simples. - Aulas 4 a 9 (expeimentos): Salas 067 e 068. Constante elástica de molas. Movimentos combinados de tanslação e otação. Momento de inécia. Densidade de um líquido. 1ª Pova exp. (individual): Defomação elástica de uma haste. - Aulas 10 a 14 (expeimentos): Salas 05 e 053. Colisão Inelástica. Movimento de um pojétil. Movimento etilíneo com aceleação constante. Foças impulsivas. ª Pova exp. (individual): Oscilação de uma sistema massa-mola. 5

6 Divisão de gupos Neste módulo os alunos ealizaão os expeimentos (exceto povas) em dupla. Nas salas ocoeão dois expeimentos em paalelo. É cucial lemba-se da odem de execução dos expeimentos, deteminada paa cada gupo. Esta odem se aplica a todo o semeste (anota, póximo slide). Os expeimentos (exceto povas) estão fixos em cada sala. Alunos e pofessoes se deslocam ao longo do semeste. As povas expeimentais utilizam as 4 salas do cuso. - Tumas ímpaes (ex: PX1) fazem povas nas salas 067 e Tumas paes (ex: PX) fazem povas nas salas 05 e 053 6

7 Divisão de gupos A tabela abaixo sistematiza o pecuso de cada gupo: A distibuição de pontos é definida pelo pofesso. 7

8 Pausa: divisão dos gupos 8

9 Uso de equipamentos Paquímeto: Faz medidas de compimento/lagua/espessua/pofundidade com esolução de 0,05 mm. A afeição de medidas é feita usando a escala infeio (em milímetos). 9

10 Uso de equipamentos 0, mm 4,70 mm 1º passo: veifica em qual o valo medido na escala pincipal (ve o taço de zeo da escala infeio) º passo: veifica qual dos taços da escala infeio coincide com um taço da escala pincipal milimetada. 10

11 Uso de equipamentos Sensoes PASCO: Utilizados na segunda pate do cuso (após a 1ª pova). Pemitem medi vaiáveis físicas (ex: foça, velocidade) dietamente no computado, utilizando softwae específico 11

12 Unidades intenacionais Nos expeimentos ealizados duante o cuso deve-se expessa esultados (valoes) e utilizá-los nos cálculos no sistema de unidades intenacionais. * Kelvin *Intevalos de tempeatua em gaus Celsius equivalem a intevalos em Kelvin, e são comumente utilizados em expeimentos de temodinâmica K 1

13 Unidades intenacionais Algumas unidades intenacionais utilizadas são obtidas pela combinação das unidades fundamentais l 13

14 Potências de dez vs unidades 14

15 Algaismos significativos Na 1ª égua temos medidas com algaismos significativos, mas temos 3 algaismos significativos na ª égua (mais pecisa). O último algaismo de uma medida é o algaismo duvidoso (meno divisão de escala acessível paa uma medida dieta) 15

16 Algaismos significativos São algaismos significativos todos aqueles contados, da esqueda paa a dieita, a pati do pimeio algaismo difeente de zeo. Ao se efetua mudanças de unidade o númeo de algaismos significativos não se altea. 16

17 Algaismos significativos Potências de 10 não são pate dos algaismos significativos 17

18 Algaismos significativos Ao efetua a soma de esultados deve-se expessa valoes que sejam compatíveis com o valo de meno númeo de algaismos significativos (dente os oiginalmente obtidos). 18

19 Incetezas (dietas) 19

20 Incetezas (dietas) Em alguns casos uma vaiável do expeimento é medida muitas vezes, tonando a afeição de um pocesso mais pecisa. Deve-se então expessa o valo médio e a inceteza como o desvio da média. Ex: Medida do tempo até um pojétil lançado atingi o chão Lançamento Tempo (s) 1 1,93 1,89 3,01 4 1,95 5,0 t médio = (t 1 + t + t 3 + t 4 + t 5 ) / 5 t médio = <t> = 1,96 s Inceteza t = [ <t> - t 1 + <t> - t + <t> - t 3 + <t> - t 4 + <t> - t 5 ] / 5 t = 0,044s Declae então: t = (1,96 0,04) s 0

21 Incetezas (gáficos) Utilizamos análise gáfica (discutida em detalhes na ª aula do cuso) paa obte um esultado mais peciso e eficaz em elação à análise de uma tabela de dados (usada apenas em medidas dietas). Exemplo: considee as medidas de coente e tensão paa afeição da esistência elética de um elemento esistivo ôhmico (V = R I) Tensão (V) Coente (A) 1,0 0,05,0 0,098 3,0 0,151 4,0 0,195 5,0 0,44 PELA TABELA (NÃO FAZER!!) R médio = (V 1 /I 1 + V /I + V 3 /I 3 + V 4 /I 4 + V 5 /I 5 ) / 5 R médio = <R> = 0,7 Inceteza pela tabela (Não faze!!!) R = [ <R> - R 1 + <R> - R + <R> - R 3 + <R> - R 4 + <R> - R 5 ] / 5 R = 0,4 1

22 Incetezas (gáficos) Ao faze um gáfico dos dados expeimentais de V e I, enconta-se o valo de R como a inclinação da eta, cuja inceteza é dietamente fonecida pelo pocesso de egessão linea (ª aula).

23 Popagação de incetezas Em muitos casos não é possível afei dietamente o valo da inceteza de uma medida cujo esultado é obtido a pati de um gupo de vaiáveis (e valoes). É necessáio então utiliza alguns cálculos simples paa se obte a inceteza final. Ex: queemos sabe o volume de um cilindo de gás cujas dimensões estão declaadas abaixo Raio da base = (0,14 0,01) m Altua do cilindo h = (1,38 0,05) m Sabendo que V = h calcule V 3

24 4 Popagação de incetezas Cálculo simplificado paa uma função polinomial: ex: h h V V h V paa c c p b b p a a p Y Y ou c c p b b p a a p Y Y c b a Y p p p

25 5 Popagação de incetezas Método geal paa uma função qualque (deivadas paciais) 3 1 ) ( h h V h V h V h V paa c c Y b b Y a a Y Y c b a Y p p p

26 6 Popagação de incetezas Note que, patindo de: Dividindo-se os dois lados po h h h V V h h h h h V ) ( h h V