Relatório de Aula Prática - Física Geral e Experimental - Energia

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Relatório de Aula Prática - Física Geral e Experimental - Energia 
 Relatório de Aula Prática - Física Geral e 
 Experimental - Energia 
 FACULDADE UNOPAR - Porto Velho/RO 
 Aluno: Luzia de Brito Figueiredo Cardoso 
 Curso: Engenharia da Computação 
 RA: 3519226203 
 Relatório de Aula Prática - Física Geral e Experimental - Energia 
 Princípio da Conservação de Energia Estática 
 Hidrostática Dilatômetro Linear 
 Relatório de Aula Prática - Física Geral e Experimental - Energia 
 INTRODUÇÃO 
 Realização de atividades práticas em um ambiente virtual utilizando o software dos 
 Laboratórios Virtuais da ALGETEC. Durante essas atividades, exploraram-se os 
 seguintes conceitos: 
 Princípio de conservação de energia: Movimento de Rolamento: Dois cilindros, com 
 características distintas, foram submetidos a um movimento combinado de 
 translação e rotação em um plano inclinado. Utilizou-se um multicronômetro digital 
 conectado a um sensor para registrar a velocidade de translação dos cilindros de aço 
 (um oco e um maciço). A partir dos dados coletados, foram calculadas diversas 
 grandezas, incluindo velocidade angular, momento de inércia, energia cinética de 
 translação, energia cinética de rotação e energia potencial gravitacional para cada 
 objeto testado. 
 Estática Balança de Prato: Este experimento explorou as condições de equilíbrio de 
 corpos rígidos. Utilizou-se uma balança de prato com um contrapeso móvel para 
 obter dados sobre a distância ao eixo de aplicação de forças, permitindo o cálculo da 
 massa dos objetos usados para exercer uma força de rotação na balança. 
 Hidrostática Empuxo: O objetivo deste experimento foi validar o princípio científico do 
 "empuxo", também conhecido como princípio de Arquimedes. Foi possível observar a 
 força exercida pelos líquidos nos sólidos e calcular uma característica específica do 
 material, o volume. O experimento envolveu o uso de um dinamômetro e materiais 
 auxiliares. 
 Dilatômetro: Neste experimento, foram utilizados materiais metálicos (cobre, latão e 
 aço), um bico de Bunsen para alterar a temperatura desses materiais, um termômetro 
 para registrar as alterações de temperatura e um relógio comparador para coletar os 
 dados. Posteriormente, foram realizados cálculos para validar os dados coletados. 
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 ATIVIDADE PRÁTICA 1 - Princípios da Conservação de energia 
 1. Acessei a plataforma online da ALGETEC. 
 2. Iniciei o Experimento Virtual “Princípio da Conservação da Energia”. 
 3. Posicionei o nível bolha sobre o plano inclinado e alinhei a base. 
 4. Configurei o sensor para a posição 300 mm na régua. 
 5. Ajustei a inclinação da rampa para 20º usando o fuso elevador. 
 6. Conectei a fonte de energia do multicronômetro na tomada. 
 7. Pluguei o cabo do sensor na porta S0 do multicronômetro. 
 8. Liguei o multicronômetro. 
 9. Escolhi o idioma português no multicronômetro. 
 10. Selecionei a função “F2 VM 1 SENSOR”. 
 11. Informei a largura do corpo de prova, que era de 50 mm. 
 12. Coloquei o cilindro oco próximo ao bloco de madeira. 
 13. Liberei o botão do mouse para iniciar o movimento do cilindro. 
 14. Verifiquei a velocidade linear indicada pelo sensor e registrei as informações na 
 tabela. 
 15. Repeti os passos 12 a 14 mais duas vezes. 
 16. Reiniciei o multicronômetro e repeti os passos 10 a 15 deste experimento com o 
 cilindro maciço.Coletei os dados de dimensão e massa dos cilindros. 
 17. Preenchi as tabelas 01, 02 e 03 (em anexo) com as grandezas solicitadas por 
 meio dos cálculos utilizando os dados medidos. 
 18. Comparando os valores da Energia Potencial Gravitacional Inicial com a Energia 
 Cinética Total. Após executar os procedimentos de 12 a 14 no experimento três vezes 
 para cada objeto, foi viável calcular a média dos dados a seguir: 
 Após executar os procedimentos de 12 a 14 no experimento em três repetições para 
 cada objeto, foi viável determinar a média dos dados subsequentes. 
 Velocidade Linear (m/s) Cilindro Oco Cilindro Maciço 
 Descida 1 0,052 m/s 0,045 m/s 
 Descida 2 0,048 m/s 0,046 m/s 
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 Descida 3 0,050 m/s 0,046 m/s 
 Média 0,050m/s 0,045666 m/s 
 Especificações Cilindro Oco Cilindro Maciço 
 Massa (kg) 0,110 kg 0,300kg 
 Diâmetro interno (m) 0,4 m 0,5 m 
 Diâmetro externo (m) 0,5 m 
 Grandezas Cilindro Oco Cilindro Maciço 
 Momento de Inércia (kg.m²) 0,0022kg⋅m2 0,009375kg⋅m2 
 Velocidade Linear Média (m/s) 0,050m/s 0,045666 m/s 
 Velociade Angular (rad/s) 0,25rad/s 0,182664rad/s 
 Energia Cinética de Translação (J) 0,0001375J 0,0002956J 
 Energia Cinética de Rotação (J) 0,0001375J 0,000308475J 
 Energia Cinética Total (J) 0,000275J 0,000604075J 
 Energia Potencial Gravitacional 
 Inicial (J) 
 1,0809J 1,0809J 
 Diferença percentual entre a Energia 
 Cinética Total e a Energia Potencial 
 Inicial em relação a esta (J) 
 99,999% 99,999% 
 EXPLICANDO A DISTINÇÃO ENTRE OS VALORES DA ENERGIA POTENCIAL 
 INICIAL E A ENERGIA CINÉTICA TOTAL NO INSTANTE EM QUE OS CILINDROS 
 PASSAM PELO SENSOR: 
 A disparidade surge devido às flutuações na energia global e à transformação dessa 
 energia em diferentes modalidades durante o deslocamento. A energia potencial 
 inicial é aquela associada à posição de um objeto em relação a um ponto de 
 referência, determinada pela sua altura em relação a esse ponto e outros fatores. 
 Enquanto isso, a energia cinética refere-se à energia vinculada ao movimento de um 
 objeto, influenciada tanto pela sua massa quanto pela sua velocidade. Quando o 
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 cilindro é liberado do ponto mais alto da rampa e inicia seu percurso descendente, sua 
 energia potencial inicial é convertida em energia cinética à medida que ganha 
 velocidade. Conforme a altura diminui, a energia potencial declina, ao passo que a 
 energia cinética aumenta com o incremento da velocidade. No ponto mais baixo da 
 trajetória, toda a energia potencial inicial é transformada em energia cinética máxima. 
 No entanto, se ocorrer dissipação de energia durante o trajeto, seja por atrito, colisões 
 com obstáculos ou outros fatores, a energia total do sistema não será completamente 
 preservada. Isso implica que a energia cinética total medida pelo sensor, 
 considerando-o como o ponto mais baixo da trajetória, pode ser inferior à energia 
 potencial inicial. A discrepância entre esses valores representa a quantidade de 
 energia perdida ao longo do deslocamento. Assim sendo, a diferença entre os valores 
 da energia potencial inicial e a energia cinética total está associada à conservação de 
 energia e às possíveis dissipações energéticas durante o deslocamento do objeto. 
 ATIVIDADE PRÁTICA 2 - Estatística - Energia 
 1. Acessando a plataforma online da ALGETEC. 
 2. Acessando o Experimento Virtual "Estática - Balança de Prato". 
 3. Verificando e registrando os dados de massa do prato. 
 4. Verificando e registrando a massa do contrapeso. 
 5. Colocando um corpo de teste sobre o prato da balança. 
 6. Ajustando o contrapeso até alcançar o equilíbrio. 
 7. Registrando as distâncias do peso e do contrapeso até o pivô da balança. 
 8. Repetindo os procedimentos para os outros três corpos de teste. 
 9. Calculando a massa de cada corpo deteste usando a condição de equilíbrio de 
 momentos. 
 Condição Inicial 
 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 = 28,3 cm = 0,283 m 
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 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 
 Aproximando o contrapeso do eixo de rotação a uma distância de 5,8 cm, o sistema 
 estará em equilíbrio. 
 Inserindo os pesos e equalizando o sistema deslizando o contrapeso e medindo a sua 
 distância até o eixo de rotação 
 1) Peso corpo de prova 01 
 Distância do contrapeso 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 (aceleração) = 0,148 Kg 
 2) 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 Kg 
 3) Peso corpo de prova 03 
 Distância do contrapeso eixo = 7,8 = 0,078 m 
 MB(Contrapeso) = F x d 
 MB(Contrapeso) = 5 x 0,078 MB = 0,390 Nm 
 Para 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 
 4) Peso corpo de prova 04 
 Distância do contrapeso eixo = 7,2 = 0,072 m 
 MB(Contrapeso) = F x d 
 MB(Contrapeso) = 5 x 0,072 MB = 0,360 Nm 
 Para MB = 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 
 5) Soma da massa de todos os corpos de prova = 565 g→ P = m x a = 0,565 x 10 = 
 5,65 N 
 Razão entre o peso dos corpos de prova e a distância do contra peso ao eixo de 
 rotação para equilibrar o sistema: 
 MA = F x d MA = 5,65 x 0,145 
 MA = 0,82 Nm 
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 Para MA = MB 
 MB = F x d 0,82 = 5 x d 
 D = 0,82/5 = 0,164 m 
 ATIVIDADE PRÁTICA 3 - Hidrostática - Energia 
 1. Acessando a plataforma online da ALGETEC. 
 2. Acessando o Experimento Virtual "Hidrostática". 
 3. Colocando o cilindro sobre a mesa. 
 4. Calibrando o dinamômetro. 
 5. Posicionando o cilindro sob o recipiente transparente e registrando o valor mostrado 
 pelo dinamômetro. 
 6. Levantando o dinamômetro. 
 7. Colocando o béquer sob o dinamômetro. 
 8. Baixando novamente o dinamômetro e registrando o novo valor indicado por ele. 
 9. Calculando o empuxo sobre o cilindro. 
 10. Determinando o volume do cilindro e comparando-o com o valor fornecido. 
 11. Utilizando a pisseta para encher o recipiente transparente acima do cilindro, 
 registrando o novo valor de força indicado pelo dinamômetro. 
 12.. Explicar o porquê do novo valor. 
 Conclusão: Após submergir o cilindro sob o recipiente no dinamômetro, podemos 
 observar que a força resultante de seu peso é de 0,9091N. Ao ser imerso na água, ele 
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 sofre uma força de sentido contrário, denominada empuxo, alterando sua resultante 
 para 0,4184N. Portanto, ao comparar esses resultados, podemos concluir que a força 
 que reduziu o peso do cilindro é o empuxo. Matematicamente, o cálculo do módulo da 
 força que causou a diminuição de peso é: 
 E = Pfcl - Pdcl E = 0,9091N - 0,4184N E= 0,4907N 
 0,4907 = 1000 x 9,8 x V 
 V = 0,4907/1000 x 9,8 
 V ≅ 0,049 m³ 
 Quando adicionamos água no recipiente transparente acima do cilindro de 
 Arquimedes, o dinamômetro registra um valor diferente devido ao aumento do empuxo. 
 O princípio de Arquimedes afirma que um objeto imerso em um fluido experimenta uma 
 força de empuxo igual ao peso do fluido que ele desloca. Quando adicionamos água 
 ao recipiente, aumentamos o volume de água acima do cilindro, o que aumenta o peso 
 do fluido deslocado e, portanto, o empuxo sobre o cilindro. O dinamômetro registra 
 essa mudança no empuxo como uma alteração na força exercida sobre o cilindro. 
 Portanto, o valor indicado pelo dinamômetro será maior quando adicionamos água ao 
 recipiente transparente, pois o empuxo sobre o cilindro aumenta devido ao aumento do 
 volume de água deslocado. 
 ATIVIDADE PRÁTICA 4 - Dilatômetro Linear - Energia 
 1. Acessando a plataforma online da ALGETEC. 
 2. Acessando o Experimento Virtual "Dilatômetro". 
 3. Selecionado o corpo de prova de cobre com 500 mm de comprimento. 
 4. Medido sua temperatura inicial e anotado. 
 5. Movimentando o corpo de prova para a base. 
 6. Arrastando o batente até a posição zero da escala. 
 7. Travado o batente. 
 8. Zerado o relógio comparador. 
 9. Ligado o sistema de aquecimento, ou seja, a chama do bico de Bunsen. 
 10. Aguardando até que a temperatura final de aquecimento se estabilizasse. 
 11. Anotando a temperatura final. 
 12. Registrado a variação de comprimento do corpo de prova mostrada no relógio 
 comparador. 
 13. Desligado a chama e movido o corpo de prova para a mesa. 
 14. Repetido os passos anteriores com os cilindros de latão e aço. 
 15. Elaborado uma tabela contendo todos os dados obtidos. 
 16. Calculado o coeficiente de dilatação linear de cada material. 
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 Temperatura inicial corpo de prova de cobre de 500 mm = 024.7 ºC 
 variação de comprimento= 60 
 Temperatura inicial corpo de prova de latão de 500 mm = 024.8 ºC 
 variação de comprimento= 71 
 Temperatura inicial corpo de prova de latão de 500 mm = 024.8 ºC 
 variação de comprimento = 40 
 Material T0 (ºC) ΔL (mm) T (ºC) ΔT (ºC) α (ºC-1) 
 Cobre 024.7ºC 60 mm 094.3ºC 069.6ºC 17.10 − 6 
 Latão 024.7ºC 71 mm 094.3ºC 069.6ºC 19.10-6 
 Aço 024.7ºC 40 mm 094.3ºC 069.6ºC 11.10-6 
 α Cobre ≅ 2,29 X 10-5 ºC-1 
 α Latão ≅ -2,85 X 10-5 ºC-1 
 α Aço ≅ 1,06 X 10-4 ºC-1 
 As diferenças nos valores dos coeficientes de dilatação linear dos materiais podem 
 ser atribuídas às propriedades específicas de cada material. 
 Cobre: O coeficiente de dilatação linear do cobre é α Cobre ≅ 2,29 X 10-5 ºC-1. O 
 cobre é conhecido por ter um coeficiente de dilatação linear relativamente baixo em 
 comparação com outros metais. Isso significa que, para uma variação dada na 
 temperatura, o cobre se expandirá menos em comparação com outros materiais. 
 Latão: O coeficiente de dilatação linear do latão é α Latão ≅ -2,85 X 10-5 ºC-1. O latão 
 é uma liga de cobre e zinco e geralmente tem um coeficiente de dilatação linear um 
 pouco maior do que o do cobre puro. Isso ocorre devido às propriedades únicas da 
 liga, onde a adição de zinco pode alterar as propriedades de dilatação do material. 
 Aço: O coeficiente de dilatação linear do aço é α Aço ≅ 1,06 X 10-4 ºC-1. O aço tem 
 um coeficiente de dilatação linear mais alto do que o cobre e o latão. Isso se deve às 
 propriedades do aço, que é uma liga de ferro e carbono. O carbono pode aumentar 
 significativamente a dilatação térmica do material, resultando em um coeficiente de 
 dilatação linear mais alto. 
 Em resumo, as diferenças nos valores dos coeficientes de dilatação linear refletem as 
 diferentes composições e estruturas dos materiais. Cada material responde de 
 maneira diferente às variações de temperatura devido às suas propriedades únicas, o 
 que resulta em coeficientes de dilatação linear distintos.