Física Experimental III, Notas de aula de Física

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Apostila de Física Experimental III

Professor Carlos Eduardo Cava

[email protected]

1º semestre de 2008

Instrução para as aulas

A disciplina é composta por oito experimentos realizados em quatro sábados alternados. Siga a tabela para saber qual experimento você deve fazer.

Grupo/data

Bloco 01 Bloco 02 23/fev 08/mar 29/mar 12/abr 26/abr 10/mai 17/mai 7/jun 2h/aula 2h/aula 2h/aula 2h/aula (^) 2h/aula 2h/aula 2h/aula 2h/aula G1 Exp1 Exp4^ Exp3 Exp4^ Exp5 Exp8 Exp7 Exp G2 Exp2 Exp1^ Exp4 Exp3^ Exp6 Exp5 Exp8 Exp G3 Exp3 Exp2^ Exp1 Exp2 Exp7 Exp6 Exp5 Exp G4 Exp4 Exp3^ Exp2 Exp1 Exp8 Exp7 Exp6 Exp

Datas Importantes.

26/abr – Entrega do relatório do primeiro bimestre.

14/jun – Entrega do relatório do segundo bimestre.

21/jun – Exame Final.

Avaliações:

A avaliação será composta por dois relatórios completos do experimento com valores igual 8 e quatro conclusões de experimentos entregues ao final de cada aula.

1ºBimestre 2ºBimestre Média final Nota do relatório 8,0 Nota do relatório 8, Conclusão 1 1,0 Conclusão 1 1,0 <=3,0 Reprovado Conclusão 2 1,0 Conclusão 2 1,0 >7,0 Aprovado Total 10,0 Total 10,0 >= 30 <=7,0 -Exame final

Bibliografia recomendada

1. Sears & Zemansky, by Young & Freedman. Física 1 Vol.3. 10a edição - Addison Wesley Editor
2. Halliday & Resnick. Fundamentos da Física. Vol.3. 7a edição - LTC Editora.

Obs:

1. O conteúdo do Exame Final são os assuntos relacionados a cada um dos oito experimentos.

2. Os relatórios bimestrais devem seguir o modelo anexo, caso você deseje o arquivo deste

modelo, basta me enviar um e-mail solicitando.

3. Todos os relatórios e conclusões são individuais, mesmo que os resultados experimentais

sejam os mesmo para a sua equipe, você deve elaborar o restante no laboratório; trabalhos

iguais terão desconto na nota final.

4. Relatórios entregues com atraso terão desconto de 25% na em sua nota.

medida experimental apresenta incerteza e portanto as contas efetuadas devem levar estas em consideração. (Ex.: Medida de uma borracha plástica efetuada com uma régua com divisão em milímetros – A=42,0 + 0,5 mm )

• Prepare seu gráfico ou figura em programa adequado.
• Exemplo: Origin, Paint, Corel,....
• No caso dos editores de imagem você pode salvar as figuras em formato JPEG ou GIF, que são compactados e reduzem o volume de memória necessária e consequentemente reduzindo o tamanho do arquivo de texto.
• No caso de gráfico do Origin é mais interessante copiar a página gráfica do Origin (Ctrl-C) e colar no documento.
• Atenção: Use sempre a opção “ colar como ” escolhendo a opção “ Figura ” caso contrário cria-se um “link” entre o programa Origin e o Word o que pode dar algumas dores de cabeça posteriormente.

O relatório de no máximo quatro páginas deve ser impresso com tinta preta em papel branco. A impressão deve ser feita em apenas um lado da página de tamanho A4 empregando o formato aqui mostrado.

Fig. 1: Este é o exemplo de uma figura colocada em uma coluna.

Tabela 1: Este é um exemplo de formatação de tabela.

K °C °F

Lembre-se de colocar a figura e a tabela centralizadas na coluna assim como seus textos descritivo. Os textos descritivos devem ser o mais objetivos e claros de forma que a pessoa que vê a figura ou tabela saiba do que se trata.

Fig. 2: Esta é a mesma figura de antes só que colocada de forma a ocupar duas colunas de texto, ou a largura total da página.

Tabela 2: Está também é a mesma tabela colocada em tamanho grande.

K °C °F Descrição (^0) − 273 − 459 Muito, muito, muito frio 255 − 18 0 Congelante 273 0 32 Nesta temperatura o gelo derrete 373 100 212 Nesta temperatura a água ferve

Em geral o texto que cita, por exemplo a tabela 1, em geral tem uma explicação mais detalhada, portanto não é necessário repetir tudo no texto que esta associado à mesma. No caso de colocação de gráficos e tabelas grandes, que ficariam prejudicados pelo encolhimento para serem adaptados em apenas uma coluna, você deve tomar cuidado para substituir os existentes neste exemplo cuidando sempre para não deletar as marcas referentes à quebra de seção. Se isto ocorrer toda a formatação em 2 colunas é perdida. Para usuários experientes isto não é um problema e basta reformatar as seções com uma e duas colunas, mas para usuários não tão experientes isto pode virar uma dor de cabeça. No que se refere à correção ortográfica do texto, este arquivo está configurado para Português (Brasileiro) de modo que as palavras mal escritas deverão aparecer grifadas. Mas cuidado pois o WORD é semi- analfabeto e por alguma razão algumas palavras em inglês são aceitas. Se você sabe que a palavra que escreveu está correta, e mesmo assim aparece grifada, “clique” com o botão direito do “mouse” sobre a mesma e inclua no dicionário do Word. Lembre-se que os títulos e conteúdo de seção e subseção devem estar de acordo com a revista “Journal of Applied Physics” existente na biblioteca. Não esqueça de citar as referências empregadas durante a elaboração do relatório conforme está exemplificado a seguir. Lembre-se também que as “pérolas” encontradas nos relatórios poderão ser publicadas em meio eletrônico, preservando- se obviamente os autores no anonimato e sem o pagamento de Copyright©.[2]

Conclusão

A conclusão deve abordar brevemente o experimento efetuado, os resultados obtidos e a que conclusões estes resultados levam. Em alguns casos se discute possíveis rumos desta investigação. Comentários do tipo: “O experimento foi muito proveitoso....” e outro similares deve ser evitados.

Valorização dos Itens do Relatório

Tabela 3: Valorização dos itens do relatório. Item valor Resumo 0, Introdução 2 Procedimento Experimental 1 Resultados e Discussão 2 Conclusão 2 Formatação 0,

Referências

[1] I.Responsável e A.Berração, “Influência dos mésons na organização de um formigueiro” J. Pesq.Inuteis 46 (1997) 171-172. [2] A. Nonimo, D. Sconhecido “I can’t write the abstract: What a hell” Proc. 156 th^ Int. Conf. on Environmental consequences of writing abstracts , pp. 10-16, Seatown, Waterland, 1-4 April 1989. Publisher.

Experimento 02 – Força Eletromagnética

Objetivos: Identificar a vetor indução magnética e o sentido da corrente elétrica que circula num condutor; concluir que uma carga elétrica em movimento gera um campo magnético em tomo dela; concluir que uma corrente elétrica e capaz de produzir efeitos magnéticos; aplicar convenientemente a regra da mão direita; utilizar conhecimentos sobre a experiência de Oersted.

Material Utilizado:

1. um balanço magnético Waltrick (4) composto por:
2. uma fonte CC regulável (1);
3. um multiteste - ou amperímetro de 0 a 10 A CC (2);
4. uma chave inversora CC (3);
5. quatro conexões de fio com pinos banana (5);

Procedimento e montagem:

1. Monte a sistema, conforme a figura abaixo, mantendo a fonte desligada e observando as etapas seguintes.
2. Anote as polaridades do imã, e de um pequeno toque na chave inversora.
3. Observe o que acontece e faça anotações.
4. Inverta a polaridade do imã.
5. Observe o que acontece e faça anotações.
6. Você consegue identificar o sentido da corrente elétrica?
7. Verifique a validade da regra da mão direita, identificando a sentido de uma das três grandezas envolvidas quando duas forem conhecidas.
8. Utilizando a segunda configuração de montagem, de um pequeno toque na chave e observe o que acontece com a haste metálica. Determine as forças envolvidas e explique o fenômeno observado.

Fundamentação teórica:

1. Faça uma pesquisa bibliográfica sobre os fundamentos físicos que explicam os fenômenos observados nos experimentos.

Conclusões: Escreva suas conclusões sobre os experimentos com base no que foi observado e nos fundamentos teóricos pesquisados.

Bibliografia: Enumere os recursos bibliográficos utilizados na sua fundamentação teórica.

Figura 2 Figura 1

Experimento 03 – Indução Magnética em um Condutor Retilíneo.

Objetivos: Levar o aluno a mapear as linhas de indução magnética geradas par uma corrente elétrica que circula num condutor retilíneo; levar o aluno a reconhecer a validade das leis de Faraday e Lenz, bem como a aplicação de suas regras.

Material Utilizado:

1. Um transformador desmontável com os seguintes componentes: uma bobina de 300 espiras (1); uma bobina de 5 espiras (2); uma haste de união e manipulo de aperto para transformador (4); um tripé estampado com rosca central (5) e três sapatas niveladoras isolantes; um "I" superior do transformador (6);um "U" laminado do transformador (7); uma mesa com junção para espiras (8); um subconjunto formado par: uma haste (11) e um tripé (12) com três sapatas niveladoras isolantes;
2. Uma bobina de 600 espiras (14);
3. Uma espira quadrada com condutor para alta corrente (3);
4. Uma chave inversora de três posições liga-desliga (9);
5. Quatro conexões de fios com pino banana (10);
6. Limalha de ferro.

Procedimento e montagem:

1. Monte o sistema como na figura abaixo.
2. Espalhe limalha de ferro ao redor do condutor e ligue a chave geral. Mantenha a chave ligada apenas o necessário para, dando pequenas batidas (com o dedo) sobre a mesa (8), obter um bom efeito visual do alinhamento das Iimalhas.
3. Represente a orientação do vetor indução magnética ao redor do fio.
4. Dê pequenos toques na placa de acrílico para desfazer a orientação da atividade anterior. Repita o procedimento anterior com o sentido da corrente invertido.
5. Represente a orientação do vetor indução magnética ao redor do fio.
6. Quais são os fatores que influenciam a orientação das limalhas de ferro ao redor do condutor e explique fisicamente as leis envolvidas neste processo.
7. Estime o campo a uma distância de um centímetro do condutor.

Conclusões: Escreva suas conclusões sobre os experimentos com base no que foi observado e nos fundamentos teóricos pesquisados.

Bibliografia: Enumere os recursos bibliográficos utilizados na sua fundamentação teórica.

Experimento 05 – Indução Eletromagnética em uma Espira. Objetivos: Levar o aluno a mapear as linhas de indução magnética geradas par uma corrente elétrica que circula num condutor retilíneo; levar o aluno a reconhecer a validade das leis de Faraday e Lenz, bem como a aplicação de suas regras.

Material Utilizado:

1. Um transformador desmontável com os seguintes componentes: uma bobina de 300 espiras (1); uma bobina de 5 espiras (2); uma haste de união e manipulo de aperto para transformador (4); um tripé estampado com rosca central (5) e três sapatas niveladoras isolantes; um "I" superior do transformador (6);um "U" laminado do transformador (7); uma mesa com junção para espiras (8); um subconjunto formado par: uma haste (11) e um tripé (12) com três sapatas niveladoras isolantes;
2. Uma bobina de 600 espiras (14);
3. Uma espira circular com condutor para alta corrente (3);
4. Uma chave inversora de três posições liga-desliga (9);
5. Quatro conexões de fios com pino banana (10);
6. Limalha de ferro.

Procedimento e montagem:

1. Monte o sistema como na figura abaixo.
2. Espalhe limalha de ferro ao redor do condutor e ligue a chave geral. Mantenha a chave ligada apenas o necessário para, dando pequenas batidas (com o dedo) sobre a mesa (8), obter um bom efeito visual do alinhamento das Iimalhas.
3. Represente a orientação do vetor indução magnética ao redor dos dois condutores.
4. Dê pequenos toques na placa de acrílico para desfazer a orientação da atividade anterior. Repita o procedimento anterior com o sentido da corrente invertido.
5. Represente a orientação do vetor indução magnética ao redor dos dois condutores.
6. Quais são os fatores que influenciam a orientação das limalhas de ferro ao redor dos condutores explique fisicamente as leis envolvidas neste processo. Os campo é mais intenso entre os condutores ou ao redor deles?
7. Determine o raio médio das expiras e estime o campo no seu interior

Conclusões: Escreva suas conclusões sobre os experimentos com base no que foi observado e nos fundamentos teóricos pesquisados.

Bibliografia: Enumere os recursos bibliográficos utilizados na sua fundamentação teórica.

Experimento 06 – Indução no Interior de um Solenóide.

Objetivos: Levar o aluno a mapear as linhas de indução magnética geradas par uma corrente elétrica que circula num condutor retilíneo; levar o aluno a reconhecer a validade das leis de Faraday e Lenz, bem como a aplicação de suas regras.

Material Utilizado:

1. Um transformador desmontável com os seguintes componentes: uma bobina de 300 espiras (1); uma bobina de 5 espiras (2); uma haste de união e manipulo de aperto para transformador (4); um tripé estampado com rosca central (5) e três sapatas niveladoras isolantes; um "I" superior do transformador (6);um "U" laminado do transformador (7); uma mesa com junção para espiras (8); um subconjunto formado par: uma haste (11) e um tripé (12) com três sapatas niveladoras isolantes;
2. Uma bobina de 600 espiras (14);
3. Um solenóide com condutor para alta corrente (3);
4. Uma chave inversora de três posições liga-desliga (9);
5. Quatro conexões de fios com pino banana (10);
6. Limalha de ferro.

Procedimento e montagem:

1. Monte o sistema como na figura abaixo.
2. Espalhe limalha de ferro no interior do solenóide e ligue a chave geral. Mantenha a chave ligada apenas o necessário para, dando pequenas batidas (com o dedo) sobre a mesa (8), obter um bom efeito visual do alinhamento das Iimalhas.
3. Represente a orientação do vetor indução magnética no interior e ao redor do solenóide.
4. Dê pequenos toques na placa de acrílico para desfazer a orientação da atividade anterior. Repita o procedimento anterior com o sentido da corrente invertido.
5. Represente a orientação do vetor indução magnética no interior e ao redor do solenóide.
6. Quais são os fatores que influenciam a orientação das limalhas de ferro no interior e ao redor do solenóide e explique fisicamente as leis envolvidas neste processo.
7. Determine o raio médio do solenóide e estime o campo no seu interior

Conclusões: Escreva suas conclusões sobre os experimentos com base no que foi observado e nos fundamentos teóricos pesquisados.

Bibliografia: Enumere os recursos bibliográficos utilizados na sua fundamentação teórica.

Experimento 08 – Motor elétrico de Corrente Contínua

Objetivos:

Identificar a vetor indução magnética e o sentido da corrente elétrica que circula num condutor; reconhecer que uma corrente elétrica é capaz de produzir efeitos magnéticos; aplicar a regra da mão direita identificando B, i e F; identificar as condições fundamentais para o funcionamento de um motor elétrico CC; construir um modelo de motor elétrico CC.

Material Utilizado:

1. Um balanço magnético Waltrick (4).
2. Uma fonte regulada para 3,0 V-CC (1)
3. Uma chave inversora usada como liga-desliga (3);
4. Três conexões de fio com pinos banana (5);

Procedimento e montagem:

1. Monte o sistema como na figura abaixo.
2. Verifique se o caminho percorrido pela corrente elétrica está correto.
3. Responda para que serve o esmalte ao redor do fio.
4. Ligue a chave e dê um pequeno empurrão inicial para iniciar o movimento. Descreva o observado. Responda porque é necessário este empurrão inicial.
5. Tente estimar o sentido da corrente que percorre a bobina.
6. Inverta a polaridade do imã e verifique o que acontece.
7. Utilizando a regra da mão direita represente todas as forças envolvidas no sistema.

Fundamentação teórica: Faça uma pesquisa bibliográfica sobre os fundamentos físicos que explicam os fenômenos observados no experimento.

Conclusões: Escreva suas conclusões sobre o experimento com base no que foi observado, nos dados coletados e sua respectiva análise e nos fundamentos teóricos pesquisados.

Bibliografia: Enumere os recursos bibliográficos utilizados na sua fundamentação teórica.