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F 129 – Física Experimental I
1o Semestre de 2020
https://sites.ifi.unicamp.br/cronologia/f129/
Página provisória da disciplina:
Qual é o objetivo de F 129?
Objetivos: Ajudar o aluno a aprender
• como planejar um experimento para responder uma
questão;
• que o planejamento pode afetar a qualidade de um
resultado experimental;
• que cada medição fornece um intervalo de valores
possíveis e como determinar este intervalo;
• ferramentas diversas para análise (confecção de gráficos e
tabelas, leis de escala, propagação de incertezas, método
dos mínimos quadrados, etc.)
Burocracia da disciplina
Acesso ao Moodlehttp://www.ggte.unicamp.br/ea/
F 1
29
: A
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Plano de desenvolvimento - Atividades
I – Aulas teóricas: Apresentação dos conceitos sobre
práticas de laboratório e ferramentas para tratamento de
dados que serão utilizados nos experimentos.
II – Atividades online: Reforçar os conceitos aprendidos
com atividades individuais desenvolvidas através do Moodle.
III – Experimentos: Aplicação dos conceitos aprendidos e
estudo de fenômenos físicos.
Avaliação
• 2 provas, um exame final, além de cinco relatórios referentes aos
experimentos realizados e atividades online valendo bônus (B) na nota
• 1ª Prova (P1): todo o conteúdo ministrado até então e experimentos 1 e 2.
• 2ª Prova (P2): todo o conteúdo da disciplina, com ênfase nos experimentos
3, 4 e 5.
• Relatórios (R): média dos relatórios excluindo-se a menor nota.
• Exame Final (E): todo o conteúdo da disciplina e todos os experimentos.
• 𝑀𝐴 =𝑅+𝑃1+𝑃2
3+ 𝐵
•
• Frequência mínima para aprovação: 75% das aulas dadas.
• O exame será usado como prova substitutiva em caso de falta justificada
em uma das provas.
Se
𝑀𝐴 ≥ 7,0Dispensado do
Exame𝑀𝐹 = 𝑀𝐴 Aprovado
Se
𝑀𝐴 < 7,0Precisa fazer o
Exame𝑀𝐹 =
𝑀𝐴 + 𝐸
2⟹ ൝
≥ 5,0 −
< 5,0 −
Aprovado
Reprovado
Relatórios:
Um relatório por grupo, conforme roteiro disponibilizado, deverá ser
entregue no Moodle, no prazo de uma semana até o horário de início da aula.
Os relatórios deverão ser elaborados em editor de texto. Gráficos deverão ser
confeccionados à mão em papel apropriado (milimetrado ou log-log),
digitalizados e juntados ao relatório, na seção apropriada. O relatório deverá
ser convertido em formato pdf para entrega pelo Moodle.
A critério do professor da turma, poderá ser requerida a entrega de uma
cópia impressa do relatório e/ou uma folha contendo os dados tomados em
aula e utilizados para a elaboração do relatório.
O aluno que faltar à aula do experimento 1 ou 2 e não tiver a falta
abonada terá a nota do relatório zerada. No caso dos experimentos 3, 4
ou 5, o aluno que faltar à primeira aula do experimento, terá a nota do
relatório reduzida em 40%. O aluno que faltar à segunda aula do
experimento terá a nota do relatório reduzida em 60%.
Relatórios
• Parte individual e parte em grupo, mas entregue
no mesmo documento
• Individual: resumo estruturado e gráficos (quando
solicitado)
• Em grupo: tabelas, gráficos (quando não solicitado
que seja individual) e outras informações
solicitadas no relatório
F 129 - 2S2015 10
Observações importantes:
•Para aprovação, é exigida uma frequência mínima de 75%.
•O aluno que chegar com mais de 20 minutos de atraso à aula não
poderá participar desta.
•Todos os alunos devem possuir um caderno de laboratório, o qual
poderá ser consultado durante a prova.
•Só poderão participar da aula e realizar o experimento os grupos que
apresentarem ao professor um planejamento do experimento no
caderno de laboratório.
•Excetuando-se os casos previstos no Regimento de Graduação da
UNICAMP, não haverá segunda chamada para as provas ou reposição
de experimentos.
•O material oficial (apostilas, aulas, listas de exercícios, etc.) referente
à disciplina é exclusivamente aquele divulgado na página da disciplina
no Moodle.
Reposição de experimentos
• A reposição de experimentos ou provas deverá ser solicitada, em um
prazo de até 15 dias da ocorrência, através de um pedido por escrito com
justificativa e documentos comprobatórios, à Secretaria de Graduação do
IFGW. A reposição dos experimentos será realizada apenas nas datas e
horários divulgados no Moodle.
Seção X - Do Abono de Faltas
O abono de faltas está previsto nos casos descritos a seguir, mediante apresentação de documentos
comprobatórios ao docente responsável pela disciplina, num prazo de 15 (quinze) dias após a ocorrência, durante a
vigência do período letivo.
I - exercício de representação estudantil nos órgãos colegiados, durante os horários das reuniões;
II - convocação para cumprimento de serviços obrigatórios por lei;
III - falecimento do cônjuge, filho, inclusive natimorto, pais, irmãos e avós até 03 (três) dias;
IV - falecimento de padrasto, madrasta, sogros e cunhados até 02 (dois) dias.
V - exercício de representação estudantil em competições de atividades extracurriculares de caráter interdisciplinar
sob os seguintes critérios:
a) os pedidos de dispensa devem ser solicitados com até 15 dias de antecedência à coordenação do curso do aluno;
b) limitado a 1 (uma) avaliação por disciplina por semestre;
c) o período máximo de abono será de até 5 dias para competições nacionais ou regionais e até 10 dias para
competições internacionais;
d) a critério do docente, desde que constante do Plano de Desenvolvimento da Disciplina, o exame final pode
substituir a avaliação aplicada no dia da falta abonada.
Cláusula de Honestidade Acadêmica:
De acordo com o Regimento Geral da UNICAMP, recorrer a
meios fraudulentos a fim de lograr aprovação consiste em
infração à disciplina, sujeita a penalidades disciplinares que vão
de advertência a expulsão da universidade. Em F129, a
desonestidade acadêmica é considerada fraude. A
desonestidade acadêmica inclui, dentre outros, a cola em
provas e exame final, o plágio em relatórios, a falsificação e a
fabricação de dados experimentais. Alunos de F129 envolvidos
em qualquer ato de fraude cometido no contexto desta
disciplina serão reprovados na disciplina e estarão sujeitos à
instauração de um processo disciplinar.
Monitoria
Atividades:
•Plantão de dúvidas (conteúdo, relatórios, listas de
exercícios)
Segunda Terça Quarta Quinta Sexta
12h Hugo Hugo Hugo
13h Beatriz Beatriz
18h Beatriz Beatriz Tatiana Tatiana Tatiana
Local: LF11
Cronograma das AulasSemana Segunda Terça Quarta Quinta Sexta
1 02/03 02/03 03/03
Início/
integração 04/03
Apres/
Teórica 1 05/03
Apres/
Teórica 1 06/03
Apres/
Teórica 1
2 09/03 09/03
Apres/
Teórica 1 10/03
Apres/
Teórica 1 11/03 Teórica 2 12/03 Teórica 2 13/03 Teórica 2
3 16/03 16/03 Teórica 2 17/03 Teórica 2 18/03 Exp.1 19/03 Exp.1 20/03 Exp.1
4 23/03 23/03 Exp.1 24/03 Exp.1 25/03 Teórica 3 26/03 Teórica 3 27/03 Teórica 3
5 30/03 30/03 Teórica 3 31/03 Teórica 3 01/04 Exp.2 02/04 Exp.2 03/04 Exp.2
6 06/04 06/04 Exp.2 07/04 Exp.2 08/04 Teórica 4 09/04 Feriado 10/04 Feriado
7 13/04 13/04 Teórica 4 14/04 Teórica 4 15/04 Livre 16/04 Teórica 4 17/04 Teórica 4
8 20/04 20/04 Feriado 21/04 Feriado 22/04 P1 23/04 P1 24/04 P1
9 27/04 27/04 P1 28/04 P1 29/04 Exp.3 30/04 Exp.3 01/05 Feriado
10 04/05 04/05 Exp.3 05/05 Exp.3 06/05
Exp3/
Desistência
em disciplina 07/05 Exp.3 08/05 Exp.3
11 11/05 11/05 Exp.3 12/05 Exp.3 13/05 Teórica 5 14/05 Teórica 5 15/05 Exp.3
12 18/05 18/05 Teórica 5 19/05 Teórica 5 20/05 Avaliação 21/05 Exp.4 22/05 Teórica 5
13 25/05 25/05 Exp.4 26/05 Exp.4 27/05 Exp.4 28/05 Exp.4 29/05 Exp.4
14 01/06 01/06 Exp.4 02/06 Exp.4 03/06 Exp.4 04/06 Exp.5 05/06 Exp.4
15 08/06 08/06 Exp.5 09/06 Exp.5 10/06 Exp.5 11/06 Feriado 12/06 Feriado
16 15/06 15/06 Exp. 5 16/06 Exp. 5 17/06 Exp.5 18/06 Exp.5 19/06 Exp.5
17 22/06 22/06 Livre 23/06 Livre 24/06 Livre 25/06 Livre 26/06 Exp.5
18 29/06 29/06 P2 30/06 P2 01/07 P2 02/07 P2 03/07 P2/Fim
19 06/07 06/07 07/07 08/07 09/07 Feriado 10/07 Feriado
20 13/07 13/07 Exame 14/07 Exame 15/07 Exame 16/07 Exame 17/07 Exame
Total de Aulas 16 16 17 16 15
Teste diagnóstico
• Entender qual é o conhecimento prévio a
respeito dos temas que serão abordados
para direcionamento da disciplina
• Não vale nota
• Não é preciso estudo. Responder com o
conhecimento atual
• Anônimo – não será avaliado
individualmente
• Necessário para liberar atividades da
disciplina no Moodle
Caderno de laboratório
O caderno de laboratório
O caderno de laboratório é uma parte essencial de
qualquer trabalho experimental!
ATENÇÃO: Não serão aceitos outros cadernos.
A importância do caderno de laboratório
• É o registro mais completo de como um
experimento foi conduzido, dos resultados
observados em laboratório e das conclusões
alcançadas.
• Seu conteúdo deve permitir que qualquer pessoa
possa reproduzir ou continuar o seu trabalho,
aproveitando os avanços sem repetir os erros.
• Talvez os seus dados tenham que ser explicados,
defendidos ou reproduzidos sem a sua assitência,
logo outros devem ser capazes de entender o que
você fez.
Recomendações para uso do caderno
– Mais tipicamente, o caderno de
laboratório é usado como um
diário, onde toda a informação a
respeito do trabalho é registrada.
– Ele deve incluir tudo a respeito do trabalho de
modo que outra pessoa possa ler o caderno e
saber exatamente o que foi feito.
Quando os dados são registrados?
Os registros devem ser
realizados à medida que o
experimento é executado ou logo
em seguida em que é concluído.
Não se pode confiar na memória!
Você pode achar que irá se lembrar do
que fez e porquê o fez na semana
seguinte. MAS NÃO IRÁ!
• Objetivos, idéias,
planejamento experimental,
procedimentos, ilustração
do aparato experimental,
dados coletados,
observações, comentários
pessoais, cálculos,
estimativas, discussões,
conclusões, planos futuros,
usos potenciais.
O que deve ser registrado no caderno?
• O que aconteceu de fato durante o experimento.
• Resultados
Leonardo Da Vince, século XV
Aspecto típico de um caderno de
laboratório
Observem que há
•anotações
•figuras
•gráficos
•fórmulas
•dados
•tabelas
Como registrar os dados?
• Diretamente no caderno de laboratório.
• O caderno deve ser preenchido de forma sequencial
sem deixar páginas em branco.
• Use caneta esferográfica de tinta azul ou preta.
• Use apenas a área quadriculada de páginas
numeradas para registros.
• Páginas sem numeração não devem ser utilizadas.
O que NUNCA se deve fazer
• Fazer anotações em folha avulsa, post-it, bloco de
notas, papel de rascunho, etc.
• Arrancar uma página do caderno.
• Usar lápis.
• Usar “branquinho” ou apagar um registro de qualquer
outro modo.
• Rasurar o registro com rabiscos e borrões na
tentativa de esconder o erro.
Caso um erro seja cometido, risque-o de maneira que
possa ainda ser lido. Passe um traço sobre o conteúdo
errado e reescreva na frente a forma correta:
ex.: massa = 15,4 10,4 g
Não deve haver a preocupação de que o caderno de
laboratório seja um caderno escrito de forma
imaculada, sem rasuras.
O objetivo é registrar de forma fiel o decorrer do
experimento, incluindo os erros cometidos que fazem
parte do trabalho experimental.
Passando a limpo…
Preparando um caderno de
laboratório novo para uso
• Numere as páginas do caderno.
• Reserve espaço para uma tabela de conteúdo,
geralmente as duas primeiras páginas.
• Liste os experimentos por:
– Título
– Data
– Número da página
Uso do caderno de laboratório em F 129
É permitido:
•Anotações em geral
•Gráficos, figuras explicativas e informações técnicas
podem ser colados no caderno
É proibido:
•Folhas avulsas (considerado cola)
•Cópias de relatórios, mesmo que afixadas
Boas práticas e segurança• É proibido o uso roupas curtas, como bermudas e saias;
• É necessário o uso de calçados fechados. Não usar chinelos ou
sandálias abertas;
• Em caso de cabelos compridos, prenda-os com o intuito de evitar
qualquer tipo de acidente;
• Ao locomover-se no laboratório, faça-o com cuidado, a fim de
não provocar qualquer acidente e/ou tumultuar o ambiente de
trabalho;
• Evite deixar equipamentos de uso pessoal (computadores, tablets
e celulares) na bancada onde os experimentos estão sendo
realizados para evitar danos aos mesmos;
• Verifique a tensão de equipamentos eletrônicos antes de conectá-
los à tomada;
• É proibido alimentar-se dentro do laboratório;
• Antes de retirar-se do laboratório, guarde todo o material que
esteja sob sua responsabilidade, limpo e em perfeito estado de
uso.
Introdução à expressão de
incertezas em medições
O que é uma medição?
• Uma medição nos diz algo a respeito de uma
propriedade de alguma coisa. Ela pode nos dizer o
quão pesado é um objeto, ou o quão quente, o
quão longo. Uma medição associa um número à
propriedade.
• Medições são sempre realizadas utilizando algum
tipo de instrumento. Réguas, cronômetros,
balanças, termômetros são exemplos de
instrumentos de medição.
O mensurando
• Em qualquer medição, o mensurando é definido como
sendo a “grandeza específica submetida à medição”
• Por exemplo, se você está tentando determinar a
massa de uma esfera de aço, esse será o mensurando.
• O conhecimento que podemos obter a respeito do
mensurando nunca será 100% completo, pois baseia-
se em quantidade finita de dados.
O valor do mensurando é uma quantidade desconhecida
e desconhecível (que não pode ser conhecida)!
Incerteza em medição
• A incerteza de uma medição é a dúvida que existe a respeito da validade do
resultado de qualquer medição.
• A incerteza de uma medição nos diz algo a respeito da qualidade da
medição.
• Você pode achar que uma régua, relógio ou termômetro bem construídos
são confiáveis e dão a resposta correta. Porém, para toda medição – até
mesmo as mais cuidadosas – sempre haverá uma margem de dúvida.
Incerteza em uma medição não é a mesma coisa que erro e muito
menos equívoco!
Definição formal: parâmetro, associado ao resultado de uma
medição, que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser
razoavelmente atribuídos ao mensurando.
De onde resulta a incerteza de uma
medição?
Vários fatores:
❑ Efeitos das condições ambientais (temperatura, pressão,
umidade, etc.) na medição;
❑ Julgamento do operador ao ler um instrumento analógico;
❑ Limitação do instrumento;
❑ Calibração do instrumento;
❑ Aproximações e hipóteses feitas ao realizar o
experimento;
❑ Variações em medições repetidas sob condições
aparentemente idênticas;
Entender a incerteza em uma medição
é importante
➢ Para comparar valores
➢ Para fazer distinção entre modelos
➢ Para projetar algo atendendo uma especificação
Em um contexto técnico/científico, medições são
pouco úteis (muitas vezes inúteis) sem informação
a respeito das suas incertezas
A análise de incertezas é o processo para se obter uma
estimativa numérica da qualidade da medição.
A incerteza de uma medição não
pode nunca ser eliminada…
…por mais cuidadoso que se seja ou por mais
sofisticado que seja o equipamento utilizado.
O que se pode fazer?
•se certificar de que as fontes de incertezas foram
adequadamente identificadas,
•que as incertezas são as menores possíveis e
•que seus prováveis efeitos no resultado da medição
foram numericamente estimados de maneira
confiável.
Fontes de incerteza: efeitos aleatório
e sistemático
Efeito sistemático
Permanece fixo quando a medição é repetida sob as mesmas condições
Associado ao instrumento de medida
• instrumentos defeituosos• não calibrados
Pode ser reduzido aplicando uma correção, a qual possui incerteza
Efeito aleatório
Provoca variações quando a medição é repetida sob as mesmas condições.
Características: • medidas similares, mas diferentes• igual probabilidade para mais ou para menos• causas não específicas
Pode ser reduzido realizando medições repetidas
Exatidão vs. precisão
ExatidãoProximidade de concordância entre o resultado de uma
medição e o valor do mensurando. Um resultado é exato
se é relativamente desprovido de efeito sistemático.
PrecisãoIndicação parcial da qualidade da medição, que se refere
apenas a flutuações aleatórias.
Exatidão e precisão - analogia
PRECISÃOE
XA
TID
ÃO
Baixa AltaA
lta
Baix
a
Analogia útil, mas tem grande falha: centro do alvo (mensurando) é desconhecido!
F 129 - 2S2015 40
Primeiras estimativas de incertezas
Intervalo no qual as medidas são reprodutíveis
Instrumentos analógicos: metade da menor divisão
1,65 + 0,05 cm
Primeiras estimativas de incertezas
Instrumentos digitais:
- especificado pelo fabricante
- na falta de especificação, uma unidade do dígito
menos significativos
13,87 + 0,01 s
Apresentando o resultado de umamedição com incerteza
o Forma mais comum
▪ (melhor aproximação + incerteza) unidade
▪ Ex: (24,50 + 0,05) cm
o Forma compacta
▪melhor aproximação (incerteza) unidade
▪ Ex: 24,50(5) cm
Em F129, a incerteza é escrita com
apenas um algarismo significativo!!!
O que são algarismos significativos?
São algarismos que contribuem para a precisão de um número.
Como saber quais algarismos são significativos?
Regras:
• Todos os algarismos diferentes de zero são significativos• Algarismos nulos (zeros) entre dois algarismos não-nulos são
significativos• Zeros à direita de outro algarismo significativo são
significativos• Zeros à esquerda da vírgula não são significativos• Zeros à esquerda do primeiro algarismo diferente de zero não
são significativos• Mudança na representação em potências de 10 não altera o
número de algarismos significativos
Algarismos significativos - exemplos
númeroquantidade de algarismos
significativos
0,5 1
0,05 1
0,050 2
1,08 3
120,00 5
1,3708x10-3 5
Como expressar o resultadonumérico de uma medição
Adotamos em F129:
1. A incerteza deve ser escrita com apenas um algarismosignificativo
2. O valor médio (melhor aproximação) deve ter a mesmaquantidade de casas decimais que a incerteza
casas decimais ≠ algarismos significativos
Alguns exemplos
ERRADO CERTO
5,30 + 0,0572 5,30 + 0,06
124,5 + 2 125 + 2
133 + 47 (1,3 + 0,5) x 102
(45 + 2,6) x 10 (4,5 + 0,3) x 102
1. Cada membro do grupo deverá soltar a mesma folha de papel
de uma altura de 1m e, com um cronômetro, medir o tempo de
queda.
2. Registrem todos os valores medidos com a incerteza.
3. Comparem as medidas do intervalo de tempo de queda entre
os integrantes do grupo.
4. Os valores medidos são concordantes?
5. Com base nos valores obtidos, estime uma incerteza mais
realista para o tempo de queda.
6. Escreva o valor obtido com 1 algarismo significativo na
incerteza.
Atividade prática 1: medida do tempo de quedade uma folha e estimativas de incerteza
1. Discuta no seu grupo qual seria o procedimento mais preciso
para determinar a espessura de uma folha de papel usando
uma régua centimetrada.
2. Execute o procedimento planejado e escreva o resultado com
a incerteza.
3. Repita o procedimento utilizando uma régua milimetrada e um
paquímetro. Escreva o resultado com a incerteza.
4. Meça diretamente a espessura de uma folha de papel com o
paquímetro e escreva o resultado com a incerteza.
5. Compare os valores acima. Qual medição resultou em uma
medida mais precisa?
Atividade prática 2: determinação da espessurade uma folha de papel
