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Um catálogo de experimentos do laboratório integrado de física geral da universidade estadual de londrina, publicado em fevereiro de 2012. O documento aborda a medição e propagação de erros em diferentes situações, utilizando o exemplo de medir áreas e volumes de objetos com o uso de um paquímetro. O texto explica conceitos relacionados a medição, medidas significativas, incertezas padrão, propagação de erros e grandezas físicas derivadas. Além disso, são apresentados objetivos, métodos utilizados, equipamentos necessários e fundamentos teóricos.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Não perca as partes importantes!
Toginho Filho, D. O., Zapparoli, F. V. D., Pantoja, J. C. S., Catálogo de Experimentos do Laboratório Integrado de Física Geral
Medida, algarismos significativos, comprimento, largura, profundidade, diâmetro, área, volume, erros ou desvios, propagação de erro ou desvios, grandezas físicas derivadas de unidades padrão. ( Ver Referências )
Aprender a obter a propagação de erros ou desvios em medidas indiretas de áreas e volumes, considerando o conceito de incerteza padrão combinada.
O paquímetro é utilizado para medir as dimensões e a incerteza padrão combinada para calcular a propagação de erro no cálculo de áreas e volumes de diversos objetos.
1 paquímetro 1 estojo com amostras de medidas 1 proveta de 100 ml graduada 1 conta gotas
Nas atividades experimentais de diversas áreas do conhecimento, é necessário realizar operações medições de diversas grandezas como: comprimento, massa, tempo, corrente elétrica, pressão, etc. Também é necessário saber expressar corretamente e realizar operações aritméticas envolvendo os valores destas grandezas medidas. É conveniente definir o significado dos termos medição , medida(s) , dados experimentais e resultados experimentais.
obtidos de duas maneiras: através de medições diretas ou de medições indiretas.
A medida direta de uma grandeza e o resultado da leitura de uma magnitude mediante o uso de instrumento de medida, como por exemplo, um comprimento com uma régua graduada, ou ainda a de uma corrente elétrica com um amperímetro, a de uma massa com uma balança ou de um intervalo de tempo com um cronômetro. Já uma medida indireta é a que resulta da aplicação de uma relação matemática que vincula a grandeza a ser medida com outras diretamente mensuráveis. Como por exemplo, a medida da velocidade média v de um carro pode ser obtida através da medida da distância percorrida x e o intervalo de tempo t; sendo Por exemplo, podemos usar uma proveta para determinar indiretamente o volume de um dado objeto através da variação do volume de líquido, por exemplo, de H 2 O, através do menisco.
Figura 1: Medida indireta de volume com uso da proveta.
A leitura da escala de uma proveta (menisco) deverá ser feita de modo a que a direção do olhar coincida com a linha tangente à parte interna do menisco se este for côncavo (ex: proveta com água), ou à parte externa do menisco se este for convexo (ex: proveta com mercúrio).
Figura 2: Ilustração do uso da proveta.
Toginho Filho, D. O., Zapparoli, F. V. D., Pantoja, J. C. S., Catálogo de Experimentos do Laboratório Integrado de Física Geral
5.1 - Incertezas de uma medida
Um dos princípios básicos da física é que não se consegue medir uma grandeza física com precisão absoluta, ou seja, “qualquer medição, por mais bem feita que seja, é sempre aproximada”. De acordo com o princípio descrito no parágrafo anterior, o valor medido nunca representa o valor verdadeiro da grandeza, pois este nunca é conhecido com total certeza. Chama-se valor verdadeiro ou valor do mensurando ao valor que seria obtido se a medição da grandeza fosse feita de maneira perfeita e com instrumentos perfeitos. Quando um resultado deve ser aplicado ou registrado é necessário saber com que confiança se pode dizer que o número obtido representa a grandeza física. O valor medido ou o resultado deve ser expresso associado ao erro , desvio , ou incerteza da medida , utilizando uma representação em uma linguagem universal, fazendo com que seja compreensível a outras pessoas. É importante salientar que a palavra erro não tem, aqui, o significado de distração, descuido ou engano, pois estes podem ser evitados, enquanto o erro experimental não pode ser evitado, mesmo nas medições mais precisas.
5.2 - Propagação de erros ou desvios
A medição de uma grandeza R de interesse pode feita de maneira indireta, obtida a partir de medidas de n grandezas primárias { a 1 , a 2 , a 3 ,…, an }. O cálculo de R é feito a partir de uma relação conhecida das grandezas primárias. Estas grandezas são também denominadas grandezas de entrada , enquanto a grandeza R é denominada grandeza de saída. Um exemplo é o cálculo da densidade de um objeto (grandeza R ), no qual se mede a massa e o volume do corpo. As grandezas massa e volume são chamados grandezas de entrada. Os valores das grandezas de entrada provêm, todos ou em parte, de medições diretas, sendo escritos como:
(1)
Utilizando aproximações e um grande número de medidas, o valor médio pode ser considerado o valor verdadeiro. Da mesma forma, a incerteza padrão pode ser considerada o desvio padrão verdadeiro.
Fazendo um desenvolvimento matemático apropriado, a expressão para o cálculo da incerteza padrão de uma grandeza de saída é escrita:
Esta expressão chamada de incerteza padrão combinada , é utilizada quando as grandezas de entrada { a 1 , a 2 ,…, an } são medidas repetidas vezes, gerando valores médios e desvios padrão das médias. Em muitas situações não é necessário muito rigor quanto à exatidão nos valores das incertezas combinadas, sendo aceitável o uso de expressões para obter valores aproximados das grandezas de interesse. Neste caso, quando é realizada apenas uma medição isolada (e não uma série de medições) devemos usar o conceito de limite máximo de erro. Para calcular a incerteza padrão propagada no valor de uma grandeza de saída R, com relação funcional do tipo R = a + b , são realizadas medições diretas das grandezas de entrada a e b , com suas respectivas incertezas padrão e. Neste caso, as grandezas a e b são equivalentes às grandezas a 1 e a 2 , contidas na equação (2), da qual se obtém:
Sendo a forma final para a grandeza combinada e sua incerteza padrão combinada escrita como:
Prática 1 - Dimensões de um prisma retangular