Capítulo 01 - Tópicos sobre o trabalho laboratorial e o registo de dados experimentais

5/16/2018 Cap tulo 01 - T picos sobre o trabalho laboratorial e o registo de dados experi...

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-01-topicos-sobre-o-trabalho-laboratorial-e-o-registo-de-d

TLF – 2010/11 Cap. I – Tópicos sobre o trabalho laboratorial

Departamento de Física da FCTUC 14

Capítulo I

Tópicos sobre o trabalho laboratorial e oregisto de dados experimentais

1.1. Etapas na realização de uma experiência 15

1.2. A função do logbook em TLF 17

1.3. Descrição geral do conteúdo de um logbook 17

1.4. Algumas regras gerais na utilização de um logbook 19

1.5. Indicações para a elaboração de relatórios 20





Tópicos sobre o trabalho laboratorial e oregisto de dados experimentais

Cientistas e engenheiros dedicam muito tempo à preparação e realização de trabalho

experimental. Como sabe, todas as hipóteses e teorias científicas têm que ser submetidas atestes experimentais e os avanços científicos e tecnológicos apoiam-se incontornavelmente naexperimentação. Projectar e preparar uma experiência para testar uma hipótese científica podenão ser uma tarefa fácil mas enquanto não puder ser realizada e os resultados confirmadosindependentemente por outros investigadores, qualquer hipótese ou teoria não poderá serverdadeiramente aceite. Além disso, experiências cuidadosamente executadas podem acabarpor revelar novos aspectos ou mesmo alterar os pressupostos até então admitidos.

A um outro nível, as experiências realizadas no âmbito de uma disciplina universitáriabásica como TLF não têm por finalidade descobrir novas teorias ou testar as que sãopresentemente aceites. Na verdade, são utilizadas para facilitar a aprendizagem doconhecimento científico actual. Ver algo acontecer tem, regra geral, muito mais impacto doque apenas ler a sua descrição. E mais do que ver algo acontecer , fazer algo acontecer ,realizar uma experiência, deixa uma impressão ainda mais viva na mente. Este aspecto deveser objecto de reflexão por parte dos estudantes que, tantas vezes, dão muito pouca atenção àscomponentes laboratoriais das disciplinas, nomeadamente não preparando previamente otrabalho que vão executar e lendo os guiões à pressa no início da aula. Como é evidente, esse

tipo de atitude limita muito a aprendizagem que a componente laboratorial visa facilitar.A realização de experiências pode apresentar algumas dificuldades. Certas experiências

requerem, por exemplo, que se domine minimamente uma dada técnica ou aparelho (algunsbastante sofisticados) e, muitas vezes, os objectivos em causa exigem uma análise mais oumenos complexa dos dados obtidos. A finalidade principal desta disciplina não é ensinar autilizar instrumentos e técnicas específicas (ainda que também haja algo disso) mas antesfornecer conhecimentos de natureza mais geral envolvendo diferentes aspectos da realizaçãoexperimental, com especial atenção para a análise de dados.

1.1. Etapas na realização de uma experiência

Comecemos por considerar as principais etapas na realização de uma experiência1,

quer seja no âmbito de uma aula prática de TLF ou de outra disciplina, quer seja enquadradanum tema de investigação.

a. Objectivo

Este é o ponto de partida de qualquer experiência. O que queremos descobrirou verificar? Qual o objectivo do nosso trabalho?

b. Planificação

Determinado o objectivo, vejamos o que é necessário para o realizar. Que

grandezas físicas devem ser medidas? Qual o equipamento que tenho

1 Em parte, adaptado de Kirkup L., Experimental Methods , John Wiley & Sons, Australia, 1994.





disponível? Que metodologia devo seguir para medir as grandezas com esseequipamento?

c. PreparaçãoEsta fase implica a reunião dos aparelhos e a montagem do sistema de medida.Nos trabalhos laboratoriais de TLF esta etapa está muito ou totalmentefacilitada, uma vez que as componentes experimentais necessárias estão jámontadas (de outra forma não haveria tempo para atingirmos os objectivos dadisciplina). Contudo, será sempre necessária a familiarização com ofuncionamento dos aparelhos que vai utilizar. Atenção às suas característicascomo, por exemplo, escalas, factores de amplificação, curvas de calibração eincertezas especificadas pelo fabricante.

d. Experiência preliminar

Uma vez a montagem pronta, é costume realizar-se uma ou mais experiênciaspreliminares de modo a promover a familiaridade com o sistema experimental

e com a metodologia a utilizar. Serve também para tentarmos perceber seexistem aspectos da realização experimental que necessitem de algum ajuste,alteração ou de maior cuidado na execução. Além disso, as experiênciaspreliminares permitem obter uma ideia da ordem de grandeza dos valores quevamos obter quando a experiência for realizada com mais cuidado.

e. Aquisição dos dados experimentais

Começa então a fase da aquisição dos dados. Estes devem ser cuidadosamenteregistados (por vezes organizando-os em tabelas), de modo a não seremcometidas incorrecções nos valores, nas unidades e nas incertezas associadas, oque pode chegar a invalidar a experiência e exigir a sua repetição.

f. Repetição

Sempre que possível, as experiências devem ser repetidas de modo a verificar asua reprodutibilidade. A repetição de uma experiência não gera, regra geral,valores exactamente iguais. Contudo, grandes variações entre os dados obtidoslevantam suspeitas sobre os aparelhos ou sobre o método utilizado e devem serinvestigadas. Nas aulas práticas de TLF não haverá tempo nem será necessáriorepetir experiências, como se compreenderá. No entanto, este ponto é degrande importância, sobretudo quando está em causa um trabalho científicoinovador e a sua publicação.

g. Análise dos dados obtidosQuando se considera que existe um número suficiente de dados coligidos (oque, obviamente, depende do tipo de experiência que estamos a realizar e doseu objectivo), segue-se então a análise e tratamento desses dados. Esta análisedeve ser a adequada ao objectivo da experiência e pode envolver cálculosmatemáticos e representações gráficas.

h. Discussão e conclusões

Uma vez os dados analisados, é agora altura de discutir os resultados dessaanálise tendo em vista o objectivo do trabalho e a metodologia utilizada. Estaparte termina, geralmente, por uma ou mais conclusões.





i. Relatório da experiência

É geralmente útil (e muitas vezes obrigatório!) elaborar um relatório claro econciso que descreva os aspectos mais importantes da experiência, tais como oobjectivo, o método, os dados, a sua análise e as conclusões. Na disciplina deTLF não será necessário preparar um relatório no final de cada experiência,mas cada grupo deverá elaborar dois relatórios de dois dos sete trabalhospráticos realizados (à escolha) no final do semestre (antes do exame teórico).

Como nota final e pensando concretamente nos trabalhos de TLF, sugere-se que, nofinal de cada aula, passe pela montagem do trabalho prático que vai executar a seguir eidentifique todas as componentes experimentais que serão utilizadas. Isso vai ajudá-lobastante quando ler o guião para preparar esse trabalho.

1.2. A função do logbook em TLF

Uma experiência pode realizar-se numa hora ou estender-se por vários dias, dependendoda complexidade e duração da mesma. Durante esse período, quanto mais informaçãoregistarmos sobre o modo como a experiência foi montada, decorre, etc., mais fácil será aavaliação da mesma, qualquer que seja o seu objectivo. Deste modo, um caderno de notas delaboratório, comummente designado por logbook, é um elemento indispensável numtrabalho experimental. É neste tipo de caderno que cientistas e engenheiros registam todosos detalhes de uma experiência, mesmo aqueles que não parecem importantes na altura.

Manter um livro de registos de laboratório é uma das práticas que irá aprender nestadisciplina. A manutenção de um logbook é parte integrante de qualquer experiência científicae constitui prática corrente em todos os laboratórios. Também neste laboratório didáctico, a

manutenção de um logbook é essencial e vai ajudá-lo a criar bons hábitos de trabalhoenquanto cientista. Por outro lado, o registo passo a passo da execução experimental e umaanálise rápida dos dados em bruto que vão sendo anotados no logbook , permitir-lhe-ão obtermais rapidamente ajuda da parte dos instrutores, caso encontre algum problema ou imprevistodurante a realização dos trabalhos.

Um logbook mal cuidado será uma fonte de frustração. É muito difícil responder aquestões do tipo “porque é que a minha experiência não funciona?” ou “porque é que os meus

resultados diferem do valor esperado em mais de uma ordem de grandeza?” sem ser capaz de

claramente verificar o que foi feito a partir do logbook . Não espere poder lembrar-se de qual aescala do voltímetro que utilizou um dia depois da aula prática! Quanto mais várias semanasdepois!

Além disso, em TLF, o logbook é um elemento fundamental de avaliação. Não serápossível realizar uma experiência sem o logbook . Se o logbook for levado para casa paracompletar alguma análise dos dados, deverá voltar para o laboratório impreterivelmente noinício da aula prática seguinte. Se se esqueceu de trazer o logbook não poderá realizar otrabalho, impedindo também o seu colega de grupo de o fazer.

1.3. Descrição geral do conteúdo de um logbook

a. No início do logbook crie um índice, reservando-lhe as duas primeiras páginas.Por vezes podem ser precisas mais páginas, mas como se trata de um caderno

para ser utilizado só em TLF, duas páginas são suficientes. Este índice terá aforma Data Conteúdo Página e deverá ser actualizado após cadaexperiência. Daqui se deduz que deve paginar ou ir paginando o seu logbook .





Até porque pode dar jeito referir, por exemplo, “usando as mesmas fórmulas

de cálculos da incerteza da página 14”.

b. Data – a data referencia o dia ou dias em que a experiência foi montada e osdados adquiridos. Por isso, cada vez que pegue no logbook , quer para realizaruma experiência quer para completar o tratamento de dados, deve começarsempre por registar a data.

c. Título – quem lê não deve ter dúvidas sobre a experiência em causa.

d. Objectivo – é importante que este esteja claramente estabelecido, embora porvezes o próprio título seja já uma definição do objectivo. Nesse caso basta otítulo, é claro.

e. Descrição do aparelho ou do sistema experimental – Em muitas experiências,uma breve lista das componentes experimentais é suficiente. Geralmente, um

pequeno desenho esquemático da montagem experimental e uma legenda valemais do que mil palavras. Em todo o caso, quando tal facilita, pode sempreincluir a cópia do sistema fornecido no guião experimental. E, muitoimportante, não se esqueça de anotar as características relevantes dos aparelhosde medida (escalas, factores de amplificação, curvas de calibração, incertezasespecif icadas pelo fabricante,…).

f. Método experimental – Se a metodologia tiver sido criada por si, o melhor édescrevê-la com detalhe, de modo a que mais tarde (ou outro investigador)possa usar a mesma metodologia ou alterá-la convenientemente. Se o métodofor dado no guião sob a forma de uma série de instruções a seguir, como

acontece em TLF, então deve avaliar bem que informação é relevante incluirno logbook . Não exagere! Por vezes, perante os aparelhos descritos e os dadosregistados no logbook , a metodologia torna-se evidente e é necessárioacrescentar muito pouco. Contudo, se lhe parecer que é mesmo necessáriopassar a metodologia para o logbook , mais vale cortar e colar as instruções doguião no caderno. Também por isso, convém ler o trabalho com atenção antesda aula e ponderar estes aspectos, para vir preparado.

g. Resultados das medidas – Os valores medidos durante uma experiência (erespectivas incertezas) são registados directamente no logbook e nuncanuma folha solta à parte. Se organizar os dados obtidos em tabelas, não se

esqueça de referenciar bem a grandeza representada na linha ou coluna e arespectiva unidade. Neste caso, a estimativa da incerteza experimentalassociada a cada valor medido (que deve ser sempre claramente registada nologbook ) costuma ser também incluída na tabela.

h. Gráficos – Os gráficos são muitas vezes a forma mais adequada de perceberclaramente a relação entre as grandezas físicas investigadas e a sua variação.Por vezes é mesmo útil esboçar gráficos preliminares e não aguardar até ao fimda experiência para inspeccionar visualmente a qualidade dos dados e verificarse seguem a tendência esperada. Quer sejam feitos em papel milimétrico (emTLF, um dos gráfico terá que ser feito manualmente, em papel milimétrico) oupreparados num programa de cálculo e impressos, todos os gráficos devemdepois ser colados no logbook . Além disso, não devemos esquecer que asgrandezas físicas e unidades têm que estar devidamente identificadas nos eixos





e que as incertezas associadas aos valores representados devem também estarindicadas.

i. Cálculos – Se necessitar de realizar cálculos sobre os dados medidos, o quegeralmente acontece, explicite claramente todas as fórmulas que utilizar. Omesmo relativamente ao cálculo das incertezas associadas às grandezasderivadas (propagação de erros).

j. Comentários – um logbook não é, em geral, o lugar adequado para umadiscussão detalhada dos resultados. Contudo, no final da análise e tratamentode dados, devem ser incluídos comentários sobre a forma como decorreu aexperiência (nomeadamente se houve algum acontecimento irregular ouinesperado), sobre possíveis fontes de erro experimental e uma breveconclusão, tendo em conta o objectivo previsto.

1.4. Algumas regras gerais na utilização de um logbook

Normalmente usa-se um caderno quadriculado ou de linhas, para ajudar aorganizar um pouco a escrita, mas o mais importante é que o caderno não tenhafolhas que se soltem facilmente.

O que nele se escreve precisa de ser inteligível para a pessoa a quem pertencemas, se outras pessoas estão associadas à mesma experiência e utilizam o mesmologbook (é o caso de um logbook associado a um sistema experimental e não a uminvestigador), os registos devem ser claros e a ordenação minimamente lógica.

De cada vez que acrescentar dados, gráficos ou comentários ao logbook , registe adata dessa anotação.

Deixe 3 a 4 folhas em branco entre cada experiência (para anotações e cálculosfuturos).

Os registos no logbook devem ser sempre feitos a caneta ou esferográfica, nunca alápis.

Não apague (com borracha ou tinta branca) nada do logbook , nem lhe arranquepáginas. Os enganos ou incorrecções devem ser simplesmente riscados com umalinha por cima da entrada julgada errada, de modo a que o registo continueclaramente legível. Alguns procedimentos ou medidas julgados “errados” podem

vir ainda a ser úteis; mostram como decorreu a experiência e ajudam a evitar essesenganos noutras ocasiões.

Não são aceitáveis páginas soltas num logbook ! Gráficos e tabelas feitos à mão ouno computador devem ser colados ou agrafados.

Identifique a localização de eventuais ficheiros de dados no caso de seremdemasiado extensos para ficarem apensos ao livro e também os programas de

análise que tenha utilizado. Inclua ainda as funções usadas na análise e ajuste decurvas, mesmo que tenham sido as da sua calculadora pessoal.





Um logbook não precisa de ser “bonito” ou “perfeito”. Deve ser claro, fiel,

honesto, detalhado nos pormenores potencialmente relevantes e omisso nosdeclaradamente irrelevantes.

Não esqueça o mais importante, todas as escolhas e ideias devem ser anotadas no seulogbook ; a calibração dos aparelhos escolhidos, os problemas que vai encontrando e como osresolve; as eventuais falhas, avarias, percepções de que o método não é o adequado paraatingir o objectivo, etc. Todas essas indicações serão indispensáveis se precisar de repetir aexperiência, realizar uma outra experiência ou mesmo para publicar os resultados da suainvestigação. Não se esqueça que as experiências que desenvolver devem poder ser repetidaspor qualquer outro investigador em qualquer laboratório do mundo e as indicações quefornece num artigo científico são, portanto, uma mais-valia para o avanço do conhecimentocientífico, em geral, e para a comunidade científica que investiga na mesma área, emparticular.

1.5. Indicações para a elaboração de relatórios

O relatório deve conter:

1. Cabeçalho - Título do trabalho, autores, disciplina, curso e data

2. Introdução (o mais resumida possível) – deve conter o objectivo do trabalho e ainformação estritamente necessária para se perceber porque foram realizadasdeterminadas medidas experimentais.

3. Método experimental – Deve conter, sempre que possível, uma ou mais figuras queilustrem a montagem experimental utilizada e legendas adequadas. Deveespecificar-se claramente de que grandezas físicas foram feitas medidas experimentaisdirectas e que instrumentos de medida foram utilizados.

4. Resultados – Apresentação dos resultados medidos e calculados a partir dos valoresmedidos, utilizando tabelas e gráficos, sempre com legendas completas.

5. Discussão e conclusões – Considerações adequadas sobre os dados obtidos e suaanálise, relacionando-os com o objectivo do trabalho. Por vezes, pode dar jeito adiscussão ser feita juntamente com a apresentação de resultados e apenas se separarem

as conclusões do trabalho.

O relatório não deve exceder as seis páginas.

Documents

Capítulo 01 - Tópicos sobre o trabalho laboratorial e o registo de dados experimentais