Lista - Física Geral 2 2023 1

simbolo universidade Universidade Departamento Laboratório Relatório de Práticas do Capítulo X – Título do Capítulo X Aluno: xxx / yyy Turma: xx Bancada : xx Data: xx/xx/xxxx 1) Introdução O objetivo deste trabalho é estimar o valor da aceleração gravitacional, próximo ao nível do mar, a partir do experimento pêndulo simples, utilizando um smartphone preso a um barbante como pêndulo e utilizando os seus sensores integrados para obter as variáveis necessárias para a estimativa. Foram utilizados os seguintes materiais: ● Smartphone com capa A capa do smartphone foi necessária para prender o cadarço no corpo do aparelho e construir o pêndulo. Então, não foi necessário construir nenhum tipo de suporte para o aparelho. ● Cadarço Um cadarço simples foi utilizado como barbante. Este item foi escolhido devido a disponibilidade. ● Esquadro milimetrado Havia disponibilidade de um esquadro milimetrado, com 20cm linha milimetrada e incerteza de 0,05 cm. 2) Procedimento Experimental 2.1) Montagem Experimental O experimento foi realizado utilizando apenas um cadarço, um smartphone e um esquadro milimetrado. É possível observar os componentes na figura 1. Figura 1: Componentes do experimento. Fonte: Autoria própria. A capa do aparelho foi utilizada para prender o cadarço. O cadarço foi posicionado de forma centralizada, deixando a suspensão do smartphone balanceada. Na figura 2 podemos observar como ficou a estrutura. Figura 2: Smartphone preso ao barbante. Nessa estrutura, o valor de Δ, ou seja, a distância do centro de massa do objeto até o barbante, foi de 5 cm +/- 0,05cm. Os experimentos foram feitos utilizando o aplicativo Phyphox, que utiliza os sensores do smartphone para estimar os parâmetros desejados. O experimento foi repetido 5 vezes, variando o comprimento do barbante para 44,8 cm, 40 cm, 35 cm, 30 cm e 25 cm. Em cada um desses comprimentos, foram obtidas 10 medidas de período, onde foram calculadas as médias, desvios padrão e incertezas dos períodos. O ângulo que o celular foi deslocado para ele oscilar foi pequeno, a fim de concordar com a aproximação teórica senθ≈θ. O esquadro foi utilizado para determinar o comprimento do barbante em cada uma das medidas. Várias medidas foram perdidas, devido à rotação do celular. Nas medidas que foram registradas, o celular estava sem rotacionar e os parâmetros estavam consistentes no aplicativo utilizado. Para se obter a incerteza da expressão (1), onde: ¯T 2 4 π ², (1) foi usada a expressão da propagação de incerteza, que utiliza derivadas parciais. Essa expressão está na expressão (2). δ( ¯T /2 π ) 2= 2 ¯T 4 π 2 .(2) O Software Scidavis foi utilizado para gerar os gráficos e os ajustes lineares. A reta ajustada foi utilizada para obter o valor da constante gravitacional com relação à equação (3). ¯T 2 4 π ² = L g + Δ g . (3) O cálculo da gravidade será o inverso do coeficiente linear. Para o cálculo da incerteza da gravidade, foi também utilizada a propagação de incerteza, utilizando a fórmula da expressão (4). δ g= 1 a 2∗δa . (4) 2.2) Resultados A tabela 1 nos mostra os resultados obtidos neste experimento. L(cm) δ L(cm) ¯T(s) δ ¯T(s) ( ¯T /2π ) 2(s 2) δ( ¯T /2 π ) 2(s 2) 44,8 0,05 1,534 0,0097 0,059 0,077 40 0,05 1,355 0,031 0,046 0,068 35 0,05 1,244 0,0035 0,039 0,063 30 0,05 1,159 0,006 0,034 0,058 25 0,05 1,11 0,002 0,031 0,056 Tabela 1: Resultado dos experimentos. Na figura 3, vemos o gráfico gerado, com as barras das incertezas e o ajuste linear. Figura 3: Pontos experimentais e ajuste linear. Fonte: O autor. A reta ajustada tem a lei de formação definida pela equação (5). ¯T 2 4 π ² =0.00129 L−0.0035. (5) O valor da gravidade e sua incerteza é, após usar a equação (4): g= 1 0,00129=775,193cm/s 2+¿−3365,18cm/s². 2.3) Discussão dos resultados O erro percentual da medida obtida foi de (775,193−978,7)/978,7∗100≈20,79%.Esse erro é significativo, contudo, a incerteza grande do experimento cobre o valor da gravidade da literatura. O valor de Δ obtido no ajuste se distanciou bastante do valor real, uma vez que o valor real é 4cm e o valor ajustado é aproximadamente 0 cm. Contudo, a incerteza alta vai cobrir, também, esse valor real do Δ. Para melhorar a precisão, valeria a pena usar um barbante mais comprido, e fazer a oscilação com um ângulo bem pequeno, mas que, devido ao comprimento do barbante, faça o aparelho se deslocar mais, melhorando a precisão dos sensores do smartphone. Trabalho Experimental de Ondas: 1.O QUE FAZER: O trabalho consiste em escolher um dos dois temas propostos, fazer experimentos, registrar a execução e apresentar o relatório. O meu tema escolhido é o Tema 2 (“Pêndulo simples usando o Phyphox”). 1.1Tema do Trabalho: Pêndulo simples usando o Phyphox Trata-se de seguir o mesmo procedimento da outra opção de Tema 1 (que será anexado abaixo como referência), mas adaptando-o de modo a se ter a vantagem tecnológica de praticamente todas as medidas serem realizadas automaticamente com um smartphone e o aplicativo Phyphox. Mas é preciso ler e/ou ouvir razoavelmente bem em inglês o vídeo abaixo (você pode configurar para as legendas em português aparecerem). 1.2 Referências: Ler o Tema 1 e suas Referências e assistir a https://www.youtube.com/watch?v=xY3NFcDG3ZU. 1.2.1. Tema 1 (Para ser tomado como referência): Pêndulo simples Para este tema, é necessário seguir o roteiro que é indicado no capítulo 3 (págs. 27-32 e 65) do livro de Física Experimental II do IF/UFRJ da referência geral 6, assim como o vídeo abaixo. Para a confecção dos gráficos, pode ser usado o SciDavis ou, ainda, um papel milimetrado (neste caso, seguindo as orientações da Ref. Geral 4-e). OBS.: Não é necessário fazer a tarefa citada como opcional, de amplitude de 45°. A comparação com o valor de referência para 𝑔 deve seguir o critério da Ref. Geral 4-b (critério de compatibilidade, Teste Z). https://www.youtube.com/watch?v=-c2rzKCNr6U Há, ainda, o material a seguir, que certamente poderá auxiliar, apesar de não ser exatamente igual ao roteiro exigido acima: http://fisexp2.if.ufrj.br/Roteiros-relatorios.html. Um vídeo bem introdutório, aquém do exigido, mas talvez útil para quem tiver dificuldades básicas, é: https://www.youtube.com/watch?v=5iztrWDhb5I. 2. COMO FAZER: O que cada aluno deve entregar é um relatório do experimento, contendo no mínimo as seguintes seções. 1. Introdução: apresente uma introdução resumida contendo: o modelo teórico que descreve o experimento e, quando for o caso, o correspondente valor teórico (ou de referência), com a devida incerteza, para cada medida a ser efetuada; as equações utilizadas, com as devidas demonstrações ou citação de onde encontrá-las ou do procedimento de como obtê-las; e as informações que julgar relevantes, assim como os objetivos do experimento. 2. Descrição do experimento: descreva o arranjo experimental de forma sucinta, não deixando de mencionar os principais dispositivos e componentes utilizados, assim como suas características (por exemplo, a precisão dos instrumentos e procedimentos de medida, tais como cronômetros etc.). É obrigatório colocar no relatório fotos das montagens experimentais realizadas em casa. Para quem preferir anexar pequenos vídeos, também é possível (em alguns temas, pode mesmo ser relevante). 3. Análise de dados e resultados obtidos: conforme o caso, apresente os dados brutos extraídos da análise inicial e em seguida os dados daí decorrentes, ou gráficos e tabelas, assim como os valores experimentais (com as correspondentes incertezas) extraídos deles. Não deixe de mostrar ou explicar os cálculos efetuados. 4. Conclusão: volte para a introdução e atente para o objetivo do experimento. Escreva a conclusão se perguntando sempre: “A experiência conseguiu atendê-lo? Por quê?”. 5. Anexos: opcionais, servem para auxiliar a fluidez da leitura do texto principal. Permita-se acrescentar ao procedimento experimental ou aos itens acima o que achar importante! O aplicativo para smartphone Phyphox, um aplicativo gratuito e premiado, faz com as medidas sejam feitas automaticamente com um smartphone. Download e introdução ao Phyphox: explore o site https://phyphox.org/ e demais indicações lá existentes. 3. OBSERVAÇÕES SOBRE A EXECUÇÃO DO TRABALHO: Deve-se buscar uma comparação entre os resultados experimentais e a previsão teórica (ou valor de referência). Esta, por sua vez, deve estar muito bem explicada no relatório final, ao passo que os resultados experimentais devem ter sua metodologia de obtenção igualmente bem descrita. É natural haver discrepância relativa entre o valor experimental e o valor teoricamente previsto (ou, dependendo do tipo de experimento, o valor de referência, ou o mais aceito). A discrepância relativa deve ser calculada pela diferença percentual do valor experimental em relação ao valor teoricamente previsto (ou vice-versa), usando-se apenas o valor mais provável de cada um. No entanto, a explicitação da incerteza de cada um destes dois valores, mesmo que seja fruto de uma estimativa, é obrigatória e deve ser corretamente expressa, seguindo-se as regras da seção 1 da referência geral número 1, citada mais adiante. Finalmente, é preciso verificar se há interseção entre o intervalo de valores da previsão teórica com o intervalo de valores do resultado experimental (ou do valor de referência), a fim de se concluir pela coincidência ou não entre os dois. A nota a ser atribuída ao trabalho não é função do valor da discrepância relativa nem dependerá se há ou não interseção entre os citados intervalos: o que conta é se o relatório contém todas as partes especificadas abaixo, cada uma com a devida qualidade (clareza), e em acordo com o experimento efetivamente realizado. A avaliação certamente levará em conta as dificuldades específicas enfrentadas em cada tema, não se podendo exigir o mesmo grau de detalhamento de cada etapa em todos eles, muito menos o mesmo grau de detalhamento de um trabalho que pudesse ter sido feito com roteiro específico e orientação presencial do professor, num laboratório da instituição. Finalmente, é importante não se limitar às referências que vão sugeridas abaixo: para cada tema destes há algumas boas descrições na internet. Porém, se necessário, recomenda-se consultar o professor para referendar as informações obtidas em outras fontes que não as aqui listadas. 4. ANEXOS QUE PODEM SER ÚTEIS: Abaixo, referências gerais para todos os temas, que resumem a forma correta de lidar com as medidas, suas incertezas, tratamento de dados etc. Estude este assunto básico de alta relevância, que você provavelmente já estudou ao menos em parte nas disciplinas anteriores de Física, e tire todas as suas dúvidas com o professor! 1) Apostila de autoria do Prof. Ricardo Paschoal, no setor de arquivos do grupo Teams da turma: esta é a principal referência, as demais servindo apenas como complementos para quando algum tópico não estiver totalmente claro (exceção para a Ref. 6, que possui os roteiros de vários dos 7 temas, e para alguns itens da Ref. 4, também necessários para vários dos 7 temas). 2) https://sites.google.com/a/fat.uerj.br/tutorialonlinecienciasexatas/home/fisica- experimental/ - material produzido pelo Prof. Clifford Neves Pinto, da UERJ/Resende: faça o download do 1o link, “Apostila FisExp I.pdf” (apenas o trecho até a página 9 é relevante para o presente trabalho; ou então até a 14, se desejado ou necessário em algum tema específico abaixo). 3) https://fisexp1.if.ufrj.br/ - site do Instituto de Física (IF) da UFRJ, com excelentes referências: explore o menu e baixe todo o material disponível. Há textos e exercícios de reforço sobre incertezas (cuja teoria é dada nas referências acima), além de mais duas excelentes apostilas, cujos links diretos vão aqui: https://fisexp1.if.ufrj.br/wp- content/uploads/2022/04/2022_conceitos_basico.pdf e https://fisexp1.if.ufrj.br/wp- content/uploads/2022/04/2022_apostila.pdf (esta possui exercícios sobre os conceitos básicos da primeira) etc. 4) As excelentes vídeo-aulas do Prof. Rodrigo Capaz (IF/UFRJ), abaixo. a. b. c. d. e. f. Medidas Físicas, incerteza e erro Aleatório: https://www.youtube.com/watch?v=xe334UIbKaM Comparação de incertezas, Critérios de compatibilidade e Erro sistemático: https://www.youtube.com/watch?v=Hv3bcuPSqfg Algarismos significativos e arredondamento: https://www.youtube.com/watch?v=zuFKDhhcDR4 Propagação de incertezas: https://www.youtube.com/watch?v=7QtLBLM9lxw Gráfico em escala Linear: https://www.youtube.com/watch?v=og7mxif-Tyg Ajuste Linear: https://www.youtube.com/watch?v=aggw3FbFSbM 5) Os cinco links abaixo, de autoria do IF/UFRJ, que também cobrem toda esta parte introdutória sobre tratamento de dados, incertezas etc. OBS.: Há bastante coincidência de conteúdos e exemplos com a ref. 3 acima. http://fisexp2.if.ufrj.br/arquivos/Pratica1- Roteiro.pdf http://fisexp2.if.ufrj.br/arquivos/Apendice%20A.pdf http://fisexp2.if.ufrj.br/arquivos/Regras%20de%20arredondamento%20(Norma%20AB NT%205891).png http://fisexp2.if.ufrj.br/arquivos/Pratica1-Relatorio.pdf http://fisexp2.if.ufrj.br/arquivos/Pratica1-Gabarito.pdf 6) Livro de Física Experimental II para o Ensino Remoto Emergencial do Instituto de Física (IF) da UFRJ. Esta referência contém os roteiros específicos de alguns dos temas abaixo, sendo, portanto, material obrigatório para tais temas.