Alexandre Diehl Departamento de Física UFPel

Transcrição

1 Medição - 1 Alexandre Diehl Departamento de Física UFPel

2 Natureza da Física A Física como ciência experimental Os fenômenos naturais são observados, procurando pelos padrões e princípios que os descrevem. São propostas teorias que compilam estes padrões e princípios. Eventualmente, uma teoria pode prever a realização de um experimento. Toda teoria tem um limite de validade Uma teoria é um modelo simplificado do problema físico real. Uma teoria possui limites de aplicação. Fora deles, a teoria deixa de valer. Uma teoria em Física é substituída por outra, sempre que o seu limite de validade é atingido. FGA 2

3 Natureza da Física Simplificações óbvias Sem resistência do ar (movimento no vácuo). As dimensões dos objetos é irrelevante (conceito de partícula). Não existe variação da aceleração da gravidade no local. Teoria de queda livre de Galileu ( ) FGA 3

4 Natureza da Física Todo experimento envolve uma medida Física Grandeza Física O ato de medir é quantificado através de números, associados com o conceito de grandeza Física. Número usado para descrever quantitativamente um fenômeno físico. Sempre que uma grandeza pode ser definida a partir da sua medida, dizemos que temos uma definição operacional da grandeza (exemplo: medida de distância). Algumas grandezas são definidas a partir de relações entre outras grandezas físicas (exemplo: velocidade). Toda grandeza exige uma unidade para ser definida de forma precisa. FGA 4

5 Unidade em Física Padrão de referência usado como comparativo durante a medição de uma grandeza Física. Sistema Internacional (SI) Sistema desenvolvido por um congresso internacional e adotado por quase todos os países industrializados (Estados Unidos é uma das exceções). Adotado desde Baseado no sistema métrico (1791, como herança da revolução Francesa). Adota o chamado sistema MKSA (metro-quilograma-segundo-ampère) de unidades. FGA 5

6 Padrão de Comprimento Academia de Ciências da França (1791) 1 metro = 1/ da distância entre o Pólo Norte e a linha do Equador Vantagens Início de um padrão único. Desvantagens altamente impreciso. Difícil reproduzir padrões físicos de comparação e aferição, disponibilizados para os países que adotam o SI. FGA 6

7 Padrão de Comprimento : uso de um padrão atômico para a definição do metro, usando o comprimento de onda da luz vermelho-laranja emitida pelos átomos de criptônio ( 86 Kr). Metro é a distância que a luz percorre no vácuo em uma fração de 1/ do segundo. Vantagens Não é necessário reproduzir padrões físicos. O experimento é reprodutível e preciso em qualquer laboratório. FGA 7

8 Padrão de Tempo Academia de Ciências da França (1791) Segundo é definido como o intervalo de tempo necessário para que um pêndulo de 1 metro de comprimento oscile de um lado para outro (1 período) A unidade de tempo é definida como certa fração do dia solar médio, definido como a média de intervalos de tempo entre sucessivas observações do Sol em seu ponto mais elevado no céu. Uso de relógios atômicos, que medem a radiação emitida por átomos de césio, quando bombardeados por micro-ondas. Um segundo é definido como o tempo necessário para a ocorrência de ciclos desta radiação. FGA 8

9 Padrão de Massa A unidade de massa é o quilograma (kg) Definida como a massa de um cilindro feito de uma liga de platina e irídio. O cilindro é mantido na Agência Internacional de Pesos e Medidas na França. Voltaremos a falar dela no tópico sobre Dinâmica da Partícula. FGA 9

10 Prefixos das unidades Usados para a definição de unidades (não fundamentais) maiores e menores para as grandezas físicas. Expressos em múltiplos de 10 ou 1/10. Os nomes das unidades são obtidos adicionando-se o prefixo ao nome da unidade fundamental associada à grandeza em questão. 1 km = 1000 m = 10 3 m 1 ps = s = s 1 kw = 1000 W = 10 3 W FGA 10

11 Prefixos das unidades Maiores mais usadas Unidade fundamental Menores mais usadas FGA 11

12 Prefixos das unidades FGA 12

13 Prefixos das unidades Vídeo: FGA 13

14 Prefixos das unidades FGA 14

15 Prefixos das unidades A escala é logaritmica FGA 15

16 O sistema Inglês Sistema anterior ao SI, associado ao império Britânico, ainda usado em países como os Estados Unidos. Unidade de comprimento: jarda (yd) Frações da unidade polegada (in) = 1/36 yd pé (ft) = 1/3 yd Múltiplos da unidade rod = 5.5 yd furlong = 220 yd Relação com o SI 1 yd = m 1 in = 2.54 cm 1 ft = cm 1 mi = km milha (mi) = 1760 yd FGA 16

17 Conversão entre as unidades Unidades relacionadas com uma mesma grandeza física podem ser convertidas entre si. Método de conversão em cadeia Multiplicamos a grandeza física original por um fator de conversão, cuja razão entre as unidades é igual a um fator unitário. FGA 17

18 Método de conversão em cadeia entre as unidades Unidades relacionadas com uma mesma grandeza física podem ser convertidas entre si. FGA 18

19 Método de conversão em cadeia entre as unidades Unidades relacionadas com uma mesma grandeza física podem ser convertidas entre si. FGA 19

20 Algarismos significativos numa grandeza física Associados com a precisão (ou acurácia) e a incerteza de uma medida experimental de uma grandeza física. O número de algarismos significativos de uma grandeza é formado pelos números corretos (acurácia) e por um número duvidoso (incerteza, associada com a menor divisão do aparelho de medida). Qual é o comprimento do polegar, medido por uma régua com escala em centímetros? 2.6 cm Dois algarismos significativos: 2 é o correto e 6 é o duvidoso FGA 20

21 Algarismos significativos numa grandeza física Qual é o comprimento do polegar, medido por uma régua com escala em centímetros? 2.6 cm O que significa cm nesta medida? Nada, pois a régua não oferece esta precisão na medida. A incerteza da medida é 0.1 cm (limite de precisão da régua) Podemos arredondar o valor para 2 cm? Sim, mas teríamos uma estimativa do comprimento pior. Erramos menos se arredondarmos para 3 cm. FGA 21

22 Algarismos significativos numa grandeza física Qual é o comprimento do polegar, medido por uma régua com escala em centímetros? 2.6 cm Qual o valor obtido se multiplicarmos este comprimento por π? 2 algarismos significativos 8 algarismos significativos 2 algarismos significativos FGA 22

23 Algarismos significativos numa grandeza física Qual é o comprimento do polegar, medido por uma régua com escala em centímetros? 2.6 cm Qual o valor obtido se multiplicarmos este comprimento por π? 2 algarismos significativos 8 algarismos significativos Quando multiplicamos (ou dividimos) números, o número de de algarismos significativos do do resultado não pode ser maior do do que o menor número de de algarismos significativos dos fatores envolvidos na na operação. 2 algarismos significativos FGA 23

24 Algarismos significativos numa grandeza física E na soma (e subtração) de números, qual é o número de algarismos significativos do resultado? Primeiro arredondamos os valores dos algarismos significativos,a fim de igualarmos as casas decimais. O resultado de de uma soma (e (e subtração) deve ser relatado com o mesmo número de de casas decimais que o termo com o menor número de de casas decimais. FGA 24

25 Algarismos significativos numa grandeza física Quantos algarismos significativos temos? De forma geral 3 algarismos significativos Zeros à esquerda do ponto decimal não contam para o número de algarismos significativos. Zeros à direita do ponto decimal contam para o número de algarismos significativos. FGA 25