Portifolio de Fisica Geral e experimental - Energia

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UNIVERSIDADE ANHANGUERA 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECANICA
PORTFÓLIO FISICA GERAL E EXPERIMENTAL 
 Energia
Sao Paulo 
Maio de 2024
 SUMÁRIO
Introdução...................................................................................................... 2
Atividade 1...................................................................................................... 4
Atividade 2....................................................................................................... 7
Atividade 3....................................................................................................... 11
Atividade 4....................................................................................................... 14
Conclusão....................................................................................................... 20
	
 Introdução
A atividade foi realizada através do software da Algetec , laboratórios virtuais. Sendo possivel realizar os experimentos e conclusões para a atividade proposta.
Princípio de conservação de energia - Movimento de Rolamento: dois cilindros, com características diferentes foram submetidas a um movimento de translação com rotação, que ocorreu em um plano inclinado. Durante a realização da atividade foi necessário a utilização de um multicronômetro digital ligado a um sensor, o qual registrou a velocidade de translação dos dois cilindros de aço (um oco e um maciço). Com os dados obtidos foi possível calcular grandezas como a velocidade angular, o momento de inércia, a energia cinética de translação, a energia cinética de rotação e a energia potencial gravitacional para cada um dos objetos testados.
Estática – Balança de Prato - Experimento utilizado para investigar as condições de equilíbrio de corpos rígidos. Para tal foi necessário utilizar uma balança de prato com um contrapeso móvel para obter dados de distância ao eixo de aplicação de forças, para assim ser possível calcular a massa dos objetos usados para causar uma força de rotação na balança.
Hidrostática – Empuxo - Experimento prático virtual para validar a hipótese científica “empuxo” também conhecida como o princípio de Arquimedes. Neste experimento podemos verificar a força que os líquidos exercem nos sólidos e calcular uma característica específica de um material: o volume. Para tal utilizamos um dinamômetro bem como alguns materiais axilares.
Dilatometro – Para este experimento foi utilizado alguns materiais metálicos (cobre,latão e aço), um bico de Bunsen para alterar a temperatura destes materiais, um termômetro para tais registros e um relógio comparador para coletar os dados das alterações sofridas pelos materiais durante o experimento. Após isso foram feitos os cálculos para validação dos dados coletados.
	
Atividade 1
Principios da convervaçao da Energia
Roteiro de atividade
Acessando o simulador da Algetec.
Iniciado o Experimento Virtual “ Princípio da Conservação da Energia”.
Posicionando o nível bolha sobre o plano inclínado e nivelando a base.
Ajustar o sensor para a posição 300mm na régua.
Regulando a inclínção da rampa para 20º por meio do fuso elevador.
Conectar a fonte de enrgia no multicronômetro da tomada.
Conectado o cabo de sensor na porta S0 do multicronômetro.
Ligar o multicronometro.
Selecionar o idioma Português no multicronômetro.
Selecionar a função “F2 VM 1 Sensor”.
Inserir a informação da largura do corpo da prova, igual à 50mm.
Posicionando o cilindro Oco próximo ao bloco de madeira.
Soltar o botão do mouse para que o cilindro inicie o movimento.
Verificando o valor da velocidade linear apresentando o sensor e anotando 
as informações na tabela.
Repetindo os espaços 12 e 14 mais duas vezes.
Coletando os dados da dimensão e massa dos cilíndros.
Preencher a tabela com as informações captadas nos experimentos.
Comparando os valores da energia gravitacional Inícial e da energia Cinética total.
Com os ensaio obtivemos os seguintes resultados: 
	Velocidade Linear (n/s)
	Cilindro Oco
	Cilindro Macico
	Descida 1
	52n/s
	49n/s
	Descida 2
	53n/s
	48n/s
	Descida 3
	52n/s
	48n/s
	Média
	52m/s
	48m/s
	
	
	
	Especificacões
	 Cilindro Oco
	 Cilindro Macico
	Massa (kg)
	0,110kg
	0,300g
	Diânetro interno (n)
	0,4nn
	_
	Diânetro e:terno (n)
	0,5nn
	0,5nn
	
	
	
	
	
	
	Grandezas
	Cilindro Oco
	Cilindro Macico
	Monento de Inércia (Kg.n²)
	0,000055375 kg.n²
	0,00009375 kg,n²
	Velocidade Linear Média
	0,05 n/s
	0,049 n/s
	Velocidade Angular (rad/s)
	0,2578 rad/s
	0,196 rad/s
	Energia Cinética de translacão (J)
	0,001375 j
	0,2145 j
	Energia Cinética de Rotacão (J)
	0,000001608 j
	0,000001792 j
	Energia Cinética Total (J)
	0,0001391 j
	0,000393 j
	Energia Potencial Gravitacional Inicial (J)
	0,126 j
	0,2138 j
	Diferenca Percentual entre a energia Cinética total e a energia Potencial entre a relacão a esta (J)
	
99,999%
	
99,999%
A diferença entre o valor da energia potencial inicial e o valor da energia cinética total quando o cilindro passa pelo sensor:
As diferenças surgem de mudanças na quantidade de energia e de sua conversão em diferentes formas durante o movimento.
A energia potencial inicial é a energia associada à posição de um objeto em relação a algum ponto de referência e depende da altura do objeto em relação a esse ponto de referência e de outros fatores. A energia cinética é a energia associada ao movimento de um objeto e depende da massa e da velocidade do objeto.
Quando o cilindro é liberado do ponto mais alto do plano mais alto e começa a rolar, sua energia potencial original é convertida em energia cinética, aumentando sua velocidade. À medida que a altura diminui, a energia potencial diminui e, à medida que a velocidade aumenta, a energia cinética aumenta.
No ponto mais baixo da trajetória, toda a energia potencial inicial é convertida em energia cinética máxima.
Atividade 2
Estatistica – Balança de Prato 
Procedimentos realizados 
Acessando a plataforma Algetec
Acessando o experimento virtual “Estatistica- Balança de Prato.
Verificando e anotando os dados de massa no prato.
Verificando e anotando a massa e o contrapeso.
Posicionando um corpo de prova sobre o prato da balança.
Ajustando o contra pé até obter o equilibrio.
Anotando as distancias do peso e do contrapeso até o pivô da balança.
Repetindo os procedimentos para outros três corpos de prova.
Calculano a massa de cada corpo de prova ultilizando a condição de equilibrio de momentos.
Condiçao original 
-Peso do prato = 200 g P = 0,2 x 10 = 2 N
-Peso do contrapeso = 500 g P = 0,5 x 10 = 5 N
-Distância do prato ao eixo de rotação = 14,5 cm = 0,145 m
-Distância do contrapeso ao eixo de rotação = 16,7cm = 0,167mm
MA(Prato) = F x d MB(Contrapeso) = F x d para MA = MB
MA(Prato) = 2 x 0,145	0,29 = 5 x d
MA = 0,29 Nm	d = 0,29/5 = 0,058 m = 5,8 cm
Ao aproximar o contrapeso do eixo de rotação a uma de distância de 
5,8 cm o encontramos o equilíbrio.
Peso corpo de prova 01 
Distância do contrapeso ao eixo = 10,1 cm = 0,101 m
MB(Contrapeso) = F x d
MB(Contrapeso) = 5 x 0,101
MB = 0,505 Nm 
Para MB =MA
MA= F x d 
0,505 = F x 0,145 
F= 0,505/0,145 +/- 3,45 N – 2N (Prato) +/- 1,48 N
1,48 N / 10 (aceleraçao) = 0,148 kg 
 Peso corpo de prova 2 
Distância do contrapeso ao eixo = 8,7 cm = 0,087 m
MB(Contrapeso) = F x d
MB(Contrapeso) = 5 x 0,087
MB = 0,435 Nm
Para MB = MA
MA = F x d
0,435 = F x 0,145
F = 0,435/0,145 +/ - 3 N – 2N (Prato) +/- 1 N
1 N / 10 (aceleração) = 0,100 K
Peso corpo de prova 03 
Distância do contrapeso ao eixo = 7,8 cm = 0,078 m
MB(Contrapeso) = F x d
MB(Contrapeso) = 5 x 0,078
MB = 0,390 Nm
Par MB = MA
MA = F x d
0,390 = F x 0,145
F = 0,390/0,145 +/ - 2,69 N – 2N (Prato) +/- 0,69 N
0,69 N / 10 (aceleração) = 0,069 Kg
Peso corpo de prova 04
Distância do contrapeso ao eixo = 7,2 cm = 0,072 m
MB(Contrapeso) = F x d
MB(Contrapeso) = 5 x 0,072
MB = 0,360 Nm
ParaMB = MA
MA = F x d
0,360 = F x 0,145
F = 0,360/0,145 +/ - 2,48 N – 2N (Prato) +/- 0,48 N
0,48 N / 10 (aceleração) = 0,048 Kg
Soma da massa de todos os corpos de prova
Total das somas = 565g → P = m x a = 0,565 x 10 = 5,65
Razão entre o peso dos corpos de prova e a distância do contrapeso ao eixo de rotação para equilibrar o sistema: 
MA = F x d
MA = 5,65 x 0,145
MA = 0,82 Nm
Para MA = MB
MB = F x d
0,82 = 5 x d
Fundamentos aplicados
Em sistemas onde a massa do contrapeso é menor que o peso medido, a distância do contrapeso ao eixo de rotação é maior. Se a massa do contrapeso for maior que o peso medido, a distância do contrapeso ao eixo de rotação será menor. Esta relação entre peso e distância pode ser descrita pelo momento da força que atua no centro de gravidade (neste caso, o eixo da balança).
Atividade 3
Hidrostática – Empuxo
Procedimentos realizados 
Acessado a plataforma online da ALGETEC.
Acessado o Experimento Virtual “Hidrostática”.
Colocado o cilindro sobre a mesa.
Calibrado o dinamômetro.
Posicionado o cilindro embaixo do recipiente Transparente e anote o valor mostrado pelo dinamômetro.
Levantado o dinamômetro.
Posicionado o béquer embaixo do dinamômetro.
Baixado novamente o dinamômetro e anotado o novo valor mostrado por ele.
Calculado o Empuxo atuando sobre o cilindro.
Calculado o volume do cilindro e comparado com o valor dado.
Utilizado a pisseta para encher de água o recipiente transparente acima do cilindro, e anotado o novo valor de força indicado pelo dinamômetro
A bancada do laboratório é composta por:
•Suporte Universal: Tripé com suporte Mufa para prender o dinamômetro e orestante do conjunto.
•Dinamômetro: Sistema para medir força com a indicação na unidade Newton. n\Capacidade Maxima.2N
•Recipiente Transparente: Este pequeno recipiente tem o volume interno aproximadamente igual ao volume do cilindro de arquimedes.
•Béquer: Copo cilindro com fundo chato e escala graduada. n\Faixa de medição 50 a 250ml
•Pisseta: Instrumento de armazenagem de líquidos e compostos em geral.
Com o inicio dos procedimentos e colocar o cilindro no dinamometro sob o tanque, observamos que o peso resultante e 0,9091N e se o submergirmos na agua e aplicarmos a mesma força mas no sentido oposto, chamada de flutuabilidade, veremos que o resultado muda para 0,4184N . Portanto se compararmos os resultados observaremos que a força que reduz o peso desse cilindro e o empuxo. 
Calculo do coeficiente de força que provoca a perda de peso é: 
Pfcl = Peso bruto do cilindro fora do líquido
Pdcl = Peso bruto do cilindro dentro do líquido
E = Pfcl - Pdcl
E = 0,9091N - 0,4184N
E = 0,4907 N
O volume deslocado é a quantidade de fluido que é deslocada quando o corpo está submerso na água. Este volume deslocado é igual ao volume do objeto submerso na água. Também podemos ver este princípio numa experiência em que colocamos um cilindro numa solução aquosa num copo. Além disso, sabendo que a direção do empuxo é vertical, de baixo para cima, podemos definir matematicamente o princípio de Arquimedes, que produz uma equação que descreve a força de empuxo e sua relação com a quantidade de água deslocada.
Sob: E= df⋅Vf ⋅g
Onde: E é o empuxo
df é a densidade do fluido; Vf é o volume deslocado;
g é a aceleração da gravidade.
Pode-se dizer que a flutuabilidade não depende da densidade do corpo que ficará submerso no líquido. Contudo, o volume deslocado determina a relação entre a densidade do fluido no qual o sólido estará contido e a densidade do próprio sólido. E este valor pode ser usado para testar se um corpo irá afundar, flutuar ou atingir o equilíbrio com um líquido.
Portanto, existem três definições de densidade: Se a densidade do sólido for maior que a densidade do líquido, o objeto afundará, se a densidade for menor que a densidade do líquido, o objeto flutuará, e se a densidade for a mesma, o objeto permanecerá em equilíbrio em repouso.
O volume deslocado depende, portanto, da relação entre a densidade do fluido aquático e do objeto submerso.
Atividade 4
Dilatometro - Linear
Procedimentos realizados 
Acessado a plataforma online da ALGETEC.
Acessado o Experimento Virtual “Dilatômetro”.
Selecionado o corpo de prova de cobre com 500 mm de comprimento.
Medido sua temperatura inicial e anotado.
Movido o corpo de prova para a base.
Arrastado o batente até a posição zero da escala.
Travado o batente.
Zerado o relógio comparador.
Ligado o sistema de aquecimento (a chama do bico de Bunsen).
Aguardado até que a temperatura final de aquecimento se estabilizasse.
Anotado a temperatura final.
Anotado a variação de comprimento do corpo de prova mostrada no relógio comparador.
Desligado a chama e mover o corpo de prova para a mesa.
Repetido os passos anteriores com os cilindros de latão e aço.
A bancada do laboratório é composta por:
Termometro: Termometro digital com sensor termopar para medição da temperatura na superfície do corpo da prova.
Corpo de prova: Tubo cilindrico feito com liga de aço. Comprimento 500mm.
Corpo de prova: Tubo cilindrico feito com liga de latão. Comprimento 500mm
Corpo de prova: Tubo cilindrico feito com liga de cobre. Comprimento 500mm
Corpo de prova: Tubo cilindrico feito com liga de cobre. Comprimento 400mm
Corpo de prova: Tubo cilindrico feito com liga de cobre. Comprimento 350mm
Corpo de prova: Tubo cilindrico feito com liga de cobre. Comprimento 300mm
Calço de Silicone: Calço de silicone em forma de Cunha para melhorar a fixação do corpo de forma na base.
Relógio Comparador: Instrumentos de medição de pequenos comprimentos com alta precisão.
Batente móvel: Peça metálica com rebaixo no qual se apoia a ponta de contato do relógio comparador.
Aquecimento: Montagem patra gerar vapor e aquecer o corpo da prova pela tubulação, possui Elermeyer com água aquecida pela chama de bico de Bunsen.
 
	Material
	T0 (ºC)
	DL (nn)
	∆T (ºC)
	α (°C^-1)
	Cobre
	25,5
	0,62
	73,6
	0,000016ºC
	Latão
	25,5
	0,7
	73,5
	19:10^-6 °C^-1.
	Aco
	25,5
	0,39
	73,5
	12:10^-6 °C
ΔL = α * L * ΔT
Onde:
ΔL é a variação no comprimento do objeto,
α é o coeficiente de dilatação linear do material,
L é o comprimento inicial do objeto, e
ΔT é a variação de temperatura.	
Tubo de cobre: Coeficiente de expansão linear 0,000016 por grau Celsius. A mudança de temperatura é calculada como a diferença entre a temperatura final e a temperatura inicial.
ΔT = Tfinal - Tinicial = 99,2 °C - 25,5 °C = 73,8 °C
Aplicando a fórmula temos:
ΔL = (0,000016 1/°C) * (500 mm) * (73,7 °C)
= 0,064 mm
Analisando o Resultado:				
A dilatação linear de um objeto é calculada usando a fórmula:
Podemos observar que chegamos ao cálculo que a de dilatação linear do tubo de cobre é de 0,064 mm, finalizando assim nosso experimento com este material.
Tubo de latão: O coeficiente de dilatação linear do latão varia dependendo da composição específica do material, mas um valor comum é aproximadamente 19 × 10^-6 °C^-1.
ΔL = α * L0 * ΔT
onde:
ΔL é a variação de comprimento,
α é o coeficiente de dilatação linear,
L0 é o comprimento inicial do tubo, e
ΔT é a variação de temperatura.
Aplicando os valores encontrados, temos:
ΔL = (19 × 1 0^-6) * (500 mm) * (99,2°C - 25.5 °C)
Calculando essa expressão:
ΔL ≈ (19 × 1 0^-6) * (500) * (73.7)
≈ 0.070015 mm
Portanto, a dilatação linear do tubo de latão é aproximadamente 0.07001 mm, utilizando uma margem de erro do equipamento ou operação, bem como considerando que a composição do material pode ter variações, podemos tratar como válido o experimento.
Tubo de aço: Para calcular a dilatação linear do tubo de aço, precisamos conhecer o coeficiente de dilatação linear do aço. No entanto, esse coeficiente pode variar dependendo da composição específica do aço.
Utilizando um valor médio aproximado para o coeficiente de dilatação linear do aço, que é de aproximadamente 12 x 10^-6 por grau Celsius.
Substituindo os valores na fórmula, temos:
ΔL = (12 x 10^-6) * (500 mm)* (99.2 - 25.5)
ΔL ≈ (12 x 10^-6) * (500 mm) * (73.7)
ΔL ≈ 0.04422 mm
O resultado para a dilatação linear do tubo de aço é aproximadamente 0.044 mm. Esse valor é ligeiramente diferente do valor de variação de comprimento registrado
em 0.039 mm, o que pode ser devido a uma aproximação utilizada no coeficiente de dilatação linear.
Conclusão
A oportunidade de aplicar os conceitos teorios nos da a oportunidade e verificar na realidade o que vamos aprender em nossa jornada proficional aprendendo que todas grandesas e posivel aplicar em nossa vida cotidiana ,com isso nos alunos vamos cada dia mais nos tornado o profissional que queremos, onde as empresas cada vez mais num cenario competitivo exige cada vez mais conhecimento dos colaboradores.
Deste modo, através da elaboração deste relatório, são colocadas as informações apresentadas assim, como podem ser desenvolvidas tais atividades; e que possibilitaram a junção da teoria e uma melhor compreensãodo que acontece no cotidiano da tecnologia.
Pesquisar sempre e muito importante pois cada dia mais temos tecnologias e procedimentos que evoluiem muito rapido, com isso nos alunos vamos cada vez mais desenvolvendo nosssas habilidades e suas potencialidades adquiridas; através de um momento onde é possível revelar criatividade, e vivenciar novas experiências.
Aplicando todos meus conhecimento adquiridos durante essa materia pude ver com os procedimento executados como e importante para toda sociedade nos alunos de engenharia podemos contribuir com todos.
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