CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA ... - .1 centro de ciÊncias exatas e da terra departamento

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    CENTRO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    DEPARTAMENTO DE FSICA TERICA E EXPERIMENTAL

    FSICA EXPERIMENTAL I

    LABORATRIO DE FSICA I

    Mario Takeya Jos A. M. Moreira

    Revisada e ampliada por Marclio Colombo Oliveros

    Juliana Mesquita Hidalgo Ferreira

    2010/1

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    ORIENTAES GERAIS

    1. Objetivos do Laboratrio de Fsica Bsica I

    O Laboratrio de Fsica Bsica I tem como objetivos especficos contribuir para que o aluno:

    Compreenda algumas especificidades do trabalho experimental.

    Compreenda o processo de elaborao de modelos que nos permitem estudar as situaes reais. O modelo representa uma simplificao de sistemas mais complexos. Um modelo um substituto para o problema real. As leis de Newton so um exemplo de modelo.

    Aprenda procedimentos e tcnicas experimentais de medidas e anlise de dados.

    Desenvolva a capacidade de analisar criticamente um experimento avaliando a qualidade e a confiabilidade dos dados experimentais.

    Aprenda a interpretar as medidas das grandezas fsicas relacionadas aos conceitos fundamentais.

    Entenda melhor as leis da Fsica e aprenda conceitos fundamentais.

    Perceba aspectos relacionados Natureza da Cincia, tais como: uma observao

    significativa somente possvel se houver uma expectativa pr-existente; as teorias

    cientficas no so indues, mas hipteses que vo imaginativa e necessariamente alm das

    observaes.

    2. Organizao do Laboratrio

    Cada bancada ter no mximo quatro alunos. A presena do aluno fundamental na atividade experimental. No se deve chegar atrasado, pois justamente no incio da aula que so dadas as orientaes gerais sobre a atividade, bem como quando se d a discusso do modelo terico. A ausncia nessa etapa pode acarretar em dificuldades maiores na compreenso da atividade.

    Cada aluno deve realizar o experimento juntamente com a sua prpria turma. exceo de casos excepcionais, e a critrio do prprio professor, ser permitido que o aluno realize um experimento com outra turma.

    Algumas regras importantes relacionadas convivncia na sala devem ser observadas: celulares e outros aparelhos eletrnicos devem permanecer desligados; cada aluno deve procurar permanecer na sua bancada e no ficar circulando pelo laboratrio; se houver alguma dvida, deve-se chamar o professor para esclarecimento na bancada; fundamental a ateno durante a apresentao da atividade e nas discusses tericas no incio das aulas.

    fundamental tambm que cada aluno tenha a sua prpria apostila impressa e o seu prprio caderno de laboratrio. Recomenda-se fortemente que antes da aula marcada para a realizao de uma determinada atividade o aluno leia o contedo da apostila referente mesma.

    O calendrio com a programao da disciplina divulgado no incio do perodo letivo.

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    3. Caderno de Laboratrio

    Cada aluno deve ter o seu prprio caderno de laboratrio exclusivo para esta disciplina. Ele ser utilizado para anotar medidas, realizar possveis dedues, esboar grficos, registrar resultados de clculos, responder s perguntas da apostila, realizar anlises de resultados e snteses das experincias, registrar concluses, etc. No se trata simplesmente de um caderno de relatrios, e sim de um caderno para anotar os detalhes de um trabalho em andamento. Nenhuma anotao feita deve ser apagada, pois as rasuras podem ser teis posteriormente. Nosso objeto poder acompanhar o processo de desenvolvimento de cada atividade, e no simplesmente visualizar resultados.

    No mnimo, para cada experimento o Caderno de Laboratrio deve sempre conter: 1. Ttulo do experimento, data de realizao e colaboradores; 2. Objetivos do experimento; 3. Desenvolvimento terico (hipteses, modelos, etc.) 4. Roteiro dos procedimentos experimentais; 5 Esquema do aparato utilizado; 6. Descrio dos principais instrumentos; 7. Dados; 8. Clculos; 9. Grficos; 10. Resultados e concluses. O caderno de laboratrio deve conter detalhes suficientes para que uma pessoa que no

    conhece determinada atividade seja capaz de reproduzi-la a partir do mesmo ou entender de maneira clara o significado dos resultados encontrados. Deve-se frisar, no entanto, que o caderno de laboratrio no pode ser uma cpia da apostila. Ele deve registrar as suas reflexes sobre o experimento. 4. Organizao e Anlise dos dados. O computador

    Procuramos atualizar as atividades do Laboratrio de Fsica Bsica I no sentido de, sempre que possvel, acompanhar as tendncias que surgem num laboratrio de pesquisa. Assim, em vrias atividades, os dados so coletados atravs do uso de interfaces digitais. Se por um lado tal procedimento torna a aquisio de dados bem mais rpida, por outro torna o procedimento mais obscuro, uma caixa preta, j que o processamento digital envolve o uso de circuitos eletrnicos.

    Dentro deste esprito de atualizao, sempre que possvel, utilizaremos programas de computadores para organizar, calcular ou analisar os dados. Entendemos que hoje um bom profissional no pode prescindir desta ferramenta. Assim, pede-se que os alunos tenham mo um pen drive ou algo similar para copiar as informaes relevantes de uma atividade. No Laboratrio de Fsica Bsica a ferramenta computacional mais conveniente para a organizao e anlise de dados a chamada planilha eletrnica.

    Os dados obtidos devem ser preferencialmente organizados em forma de tabelas e visualizados em forma de grficos. Tanto um como outro sero feitos na planilha eletrnica, que deve conter todas as informaes necessrias para a sua compreenso, tais como ttulo ou legenda, nome e smbolo das grandezas, unidades, parmetros mantidos constantes, etc. (ver apndice da apostila para orientaes gerais).

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    INTRODUO

    NOES SOBRE A PRECISO DAS MEDIDAS

    1. Medidas As grandezas fsicas so determinadas experimentalmente, por medidas ou combinaes de

    medidas. Quando apresentamos o resultado M de uma medida obtida num experimento escrevemos: M = (m m) u Onde:

    m o nmero que a caracteriza;

    m o erro provvel da medida, que d uma indicao da sua confiabilidade;

    u a unidade de representao da medida.

    2. Algarismos Significativos (A.S.)

    Definimos algarismos significativos de uma medida como todos os algarismos lidos com certeza mais o primeiro algarismo duvidoso. O algarismo duvidoso o algarismo que contm erros. Este algarismo uma frao da menor diviso do instrumento.

    A figura 1 apresenta, ao lado de uma barra, uma rgua cuja menor diviso de 1 cm, ou seja, uma rgua graduada em centmetros.

    Pode-se observar que o comprimento da barra est, certamente, compreendido entre 14 e 15. Qual seria o algarismo que viria depois do 14?

    Apesar da menor diviso de escala da rgua ser 1 cm (escala em cm), razovel fazer uma subdiviso mental do intervalo compreendido entre 14 e 15cm, para avaliar o algarismo procurado, que pode ser, por exemplo, o 3. Desta maneira representa-se o resultado como 14,3cm. Os algarismos 1 e 4 desta medida foram lidos com certeza, porm o 3 no (nessa escala de cm). Outras pessoas poderiam ler 14,4cm ou 14,2cm. Na leitura 14,3cm, o algarismo 3 foi avaliado. No se tem certeza do algarismo 3. Por isso ele denominado algarismo duvidoso. No teria sentido algum tentar avaliar o algarismo que viria depois do 3. Dizemos que nesta leitura o nmero de A.S. 3.

    A regra geral que se deve apresentar a medida com apenas os algarismos de que se tem certeza mais um nico algarismo duvidoso.

    Suponha agora que a mesma barra fosse medida utilizando-se uma escala milimetrada como ilustrada na Figura 2.

    0 5 10 15

    Figura 1

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    Utilizando-se o mesmo critrio, pode-se expressar o comprimento da barra como L=143,8mm na escala de mm.. Nesta medida, todos os algarismos so significativos; o algarismo 8 foi avaliado, porm sendo ele o primeiro algarismo duvidoso, ele tambm significativo. Portanto, nesta leitura o nmero de A.S. de 4 e pode-se notar que em relao medida anterior, ganhou-se um algarismo. Foi utilizada uma escala mais precisa. Ateno: quando uma medida expressa com apenas uma casa decimal (1 A.S.) se define qual foi a escala utilizada para fazer a medida.

    Damos a seguir algumas regras prticas envolvendo a manipulao de medidas.

    a) Zeros esquerda do nmero, isto , zeros que posicionam a vrgula, no so significativos. Elas servem para indicar uma mudana de unidades. O comprimento L=143,8mm (medido na escala em mm) pode ser escrito:

    L = 14,38 cm ou L= 0,1438m ou L = 0,0001438km Todas as leituras anteriores possuem o mesmo nmero de A.S que definido pela escala do instrumento de medida.

    b) Notao cientfica. Como foi visto no item anterior, uma mudana de unidade na medida no deve alterar o nmero de A.S. Para seguir esta norma muitas vezes conveniente empregarmos a notao cientfica, a qual consiste em utilizar preferencialmente um ou dois algarismos significativos antes da vrgula e uma potncia de dez condizente, seguida pela unidade. Assim, para expressarmos em notao cientfica a medida dada no exemplo acima, escreveramos:

    L=14,38cm = 1,438x10-1m = 1,438x10-4 km = 1,438x102mm

    Uma das vantagens da notao cientfica que ela nos permite identificar rapidamente o nmero de A.S.

    Todas as leituras anteriores possuem o mesmo nmero de A.S.

    3. Operaes com algarismos significativos (A.S.)

    A necessidade de se fazer operaes com A.S. decorre do fato de que necessrio medir vrias

    grandezas fsicas iguais ou diferentes, com aparelhos de classes de preciso diferentes, e reuni-las de forma a obter o valor da grandeza procurada. Quando efetuamos clculos e apresentamos os resultados de medies, temos que dar ateno aos A.S., porque tanto errado incluir demasiados algarismos como excessivamente poucos. Um exemplo tpico v