Experimentos de física fáceis de fazer (primário-universidade) - Ciência - 2023

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o Experimentos de física eles são importantes para o desenvolvimento da curiosidade científica em todas as idades. São inúmeras as experiências que, pela sua importância, fizeram história e mudaram os rumos da ciência, como as de Galileu Galilei.

Aqui estão alguns experimentos simples que demonstram como a física funciona continuamente nas coisas mais simples da vida cotidiana. Você não precisa usar ferramentas caras para se divertir descobrindo como a natureza funciona.

Todos esses experimentos são fáceis de realizar e com materiais inofensivos e de custo acessível, porém, no caso de crianças menores, devem ser realizados sempre sob a supervisão de adultos.

Experimentos de física para crianças

Para familiarizar as crianças com a ciência, nada melhor do que balões coloridos. Os experimentos a seguir referem-se à eletricidade estática.

Balões eletrificados

materiais

Balões de borracha.
Jaqueta ou suéter de lã.
Uma sala com paredes lisas.

Processo

Encha os balões e dê um nó na ponta.
Esfregue cada balão levemente com o tecido da jaqueta ou suéter. Também funciona se esfregado no cabelo.
Agora você tem que levar o balão atritado até uma parede lisa, sem pressioná-lo, e soltá-lo suavemente.

O que está acontecendo?

O que acontece é que os balões grudam na parede como se tivessem cola. Eles podem ficar lá por algum tempo, mas para que o experimento funcione bem, a parede deve ser razoavelmente lisa e deve haver pouca umidade no ambiente.

Explicação

Toda a matéria é composta de átomos e dentro deles existem cargas elétricas positivas (prótons) e negativas (elétrons). Normalmente a matéria é neutra, o que significa que cargas positivas e negativas estão presentes em quantidades iguais.

Porém, o cabelo ou a lã ceder facilmente seus elétrons, que são aceitos pelo material do balão e fazem com que ele seja eletrificado com carga negativa.

Por sua vez, a parede também contém elétrons. Quando os elétrons do balão se aproximam dos da parede, eles são repelidos e se afastam da superfície, que está carregada positivamente.

Entre objetos eletricamente carregados, desenvolvem-se forças que são atrativas se as cargas tiverem um sinal diferente e repulsivas se as cargas tiverem o mesmo sinal. É por isso que o balão permanece preso à superfície da parede.

Com o tempo, os elétrons excedentes escapam para a terra e os objetos recuperam sua neutralidade, então a gravidade não tem ninguém para neutralizá-la e o balão cai.

Separe o sal da pimenta

materiais

Balão de borracha.
Jaqueta ou suéter de lã.
Um prato com sal bem misturado e pimenta preta.
Outro prato com pedaços de papel (papel ou confete).

Processo

Encha o balão e dê um nó na ponta.
O balão é esfregado suavemente no cabelo ou na roupa de lã.
Agora passe a superfície friccionada do balão sobre o prato com sal e pimenta.
Passe outro balão previamente esfregado sobre o prato de confete.

O que está acontecendo?

Observa-se que os grãos de pimenta e o confete aderem à superfície do balão e o sal fica no prato.

Explicação

Conforme explicado no experimento anterior, os átomos que constituem a matéria contêm elétrons e prótons em quantidades iguais, tornando a matéria neutra em circunstâncias normais.

Os elétrons têm carga elétrica negativa e os prótons têm carga elétrica positiva e o que se observa na natureza é que cargas do mesmo sinal se repelem e as de outro sinal se atraem.

No entanto, existem materiais capazes de ceder facilmente alguns de seus elétrons, enquanto outros os aceitam com igual facilidade.

Cabelo e lã pertencem à categoria de materiais que doam elétrons, enquanto o plástico nos balões os aceita. Ao esfregar os dois materiais, os elétrons se desprendem do cabelo ou da lã e vão parar no balão, que fica eletrificado.

Quando o balão com seu excesso de elétrons se aproxima da placa com sal e pimenta, os elétrons desta tentam se afastar o mais possível do balão e a superfície do grão mais próxima dele fica com um déficit de elétrons, por isso é atraído.

Essa separação de cargas dá origem a uma polarização do material, no caso a pimenta, embora ainda seja neutro.

Algo parecido acontece com o papel confete, mas com o sal é diferente, não adere. O que acontece é que o sal é mais pesado e embora as cargas se separem, como na pimenta e no confete, a atração eletrostática não é suficiente para superar o peso.

Verificando a condução de calor

materiais

Uma folha de papel branco.
Uma folha de papel preto.
Água corrente.
Dois vidros idênticos.
Fita adesiva.
Um termômetro de uso geral.
Luz do sol.

Processo

Envolva totalmente os copos, um deles com o lençol branco e o outro com o preto, cuidando para deixar o excesso de papel para cobrir a parte superior.
Encha os dois copos com a mesma quantidade de água e meça a temperatura da água, observando seu valor.
Agora cubra os copos com o excesso de papel nas bordas e prenda com fita adesiva.
Agora coloque os dois copos sob o sol, em um piso de concreto e espere 30 minutos.
Depois de decorrido o tempo, destape os vidros e meça a temperatura novamente.

O que está acontecendo?

A água no copo coberto com papel preto é mais quente do que o outro copo.

Explicação

O vidro recoberto com o papel preto absorveu mais calor do Sol e também permitiu que ele o conservasse mais, ao contrário do papel branco, que refletia parte da radiação solar para os arredores.

Embora isso não signifique necessariamente que é melhor usar branco no verão ou em locais muito quentes, porque também depende se a brisa sopra ou não. Deve-se levar em consideração que o corpo humano produz calor e ao se vestir de branco, parte desse calor se reflete no tecido e não pode escapar.

Por outro lado, os tecidos escuros o absorvem, por isso muitos habitantes do deserto usam roupas escuras e soltas, muito importantes para que o ar circule e as correntes de convecção o tornem mais fresco.

Um eletroímã caseiro

materiais

Um prego comprido de ferro.
Uma bateria quadrada de 9 volts.
Um metro de fio de cobre envernizado.
Uma placa ou caixa com alfinetes.
Clipes de metal ou ganchos para segurar papel.

Processo

Enrole com cuidado uma parte do fio ao redor da unha, dando cerca de 10 voltas e em cada extremidade livre do fio coloque um clipe de papel.
Conecte cada clipe aos pólos da bateria.
Agora aproxime a ponta do prego da placa com alfinetes, observe e remova.
Faça mais 10 voltas de fio ao redor da unha e repita a etapa anterior, observando se há alguma alteração no comportamento dos alfinetes.

O que está acontecendo?

O prego se tornou um ímã capaz de atrair alfinetes, e o efeito magnético é aumentado pelo número de voltas do fio enrolado no prego, de modo que mais alfinetes são atraídos quando há 20 voltas do que quando há 10 voltas.

Explicação

Associado às cargas em movimento está o efeito magnético, pelo qual os fios que conduzem a corrente produzem um campo magnético. Certos materiais como ferro e aço têm uma boa resposta magnética, o que significa que são atraídos por ímãs.

A bateria faz o trabalho necessário para iniciar os portadores de carga no cobre do fio, ou seja, cria uma corrente elétrica. E isso, por sua vez, produz o efeito magnético que atrai objetos metálicos. Este efeito é proporcional ao número de voltas do enrolamento do fio, quanto mais voltas, mais forte é o campo magnético e mais pinos são atraídos.

Propagação do som em um meio sólido

materiais

Um pedaço de corda macia com cerca de 1 metro de comprimento.
Uma colher de metal pesado.

Processo

Amarre a colher com o barbante e segure as pontas do barbante entre o polegar e o indicador de cada mão.
Traga as pontas do fio até as orelhas, tendo o cuidado de pressionar bem o fio na orelha com a ajuda do polegar, a colher deve ficar pendurada.
Agora você bate na borda de uma mesa com a colher e ouve com atenção.

O que está acontecendo?

Ouve-se um som semelhante ao de um sino de igreja, mas de tom baixo.

Explicação

As ondas sonoras se propagam melhor e mais rápido nos sólidos do que no ar, isso porque os sólidos são mais densos e a perturbação tem mais partículas para oscilar. Assim, o som viaja pela corda e é ouvido mais alto do que as ondas que se propagam no ar.

O crânio do ouvinte também atua como uma caixa de ressonância para que o som seja ouvido com mais intensidade. É o que acontece quando você fala colocando as mãos nos ouvidos, o som da sua própria voz é ouvido mais alto e também mais profundo.

O experimento pode ser repetido testando outros materiais e observando as diferenças.

Experimentos de física para o ensino médio (10-15 anos)

Nessas idades, as crianças já viram inúmeros fenômenos físicos em suas aulas de ciências. Aqui estão dois experimentos fáceis para se familiarizar com as forças e o equilíbrio estático, outro para aprender sobre os diferentes tipos de ondas e, finalmente, um para aprender sobre lentes corretivas.

O aço pode flutuar na água

materiais

Um amplo recipiente de vidro.
Água corrente.
Agulha de aço do tipo usado para costura.
Filtro de papel.
Pauzinhos de madeira.

Processo

Encha o recipiente com água até cerca de ¾ partes.
À parte, coloque a agulha no papel de filtro e coloque-o na superfície da água.
Vá afundando cuidadosamente o papel com a ajuda das varas de madeira.

O que está acontecendo?

Se o procedimento for seguido com cuidado, evitando que a ponta afunde na superfície da água, observa-se que a agulha de aço permanece flutuando na água. Não é o que se esperava, pois um objeto metálico denso afunda imediatamente.

Explicação

Um objeto cuja densidade excede a da água afunda nele e o aço é quase 8 vezes mais denso. Embora o líquido exerça uma força para cima chamada impulso, ele não pode neutralizar totalmente o peso, então deve haver outra força para ajudar.

Esta força é chamada tensão superficial, e vem da atração que existe entre todas as moléculas da água. Uma molécula de água abaixo da superfície recebe forças de atração de todos os seus vizinhos: acima, abaixo e nas laterais. O efeito líquido de todos eles é nulo.

Porém, uma molécula de água que está na superfície livre recebe forças das moléculas que estão abaixo e nas laterais, mas nenhuma acima. Dessa forma, é criada uma força descendente resultante, que cria uma espécie de película muito fina, capaz de segurar o pino ou agulha de aço.

Tome cuidado para que a ponta da agulha não fure este filme, caso contrário a agulha irá afundar.

Diferentes tipos de ondas

materiais

Uma mesa plana de comprimento suficiente.
Parafuso de mesa.
Uma mola helicoidal flexível de cerca de 5 cm de diâmetro, chamada furtivo.

Processo

Fixe uma das pontas da mola na ponta da mesa, peça a um colega para segurá-la ou simplesmente segure com a mão, em qualquer caso a mola deve ser horizontal.
Agora a outra ponta da mola é tomada, ela é esticada e algumas voltas são comprimidas, para dar-lhe um breve impulso em uma direção paralela ao eixo da mola.
Observe o que acontece.
Você também pode tentar dar um breve aperto de mão, perpendicular ao eixo da mola.
Observe novamente o que acontece.

O que está acontecendo?

Quando um impulso paralelo é dado à mola, observa-se que um grupo de voltas se aperta e se expande alternadamente, viajando ao longo da mola até a extremidade fixa. Se o impulso for suficiente, a perturbação volta e finalmente desaparece.

Se a mola recebe um impulso transversal, é produzida uma ondulação que segue para a outra extremidade e também desaparece.

Explicação

Nesse experimento simples, dois tipos de ondas são observados, dependendo da oscilação do material. tem ondas longitudinais, consistindo em compressões e expansões alternativas das bobinas da mola. Neles, a perturbação e a oscilação são encontradas ao longo do eixo da mola.

E há a perturbação na forma de uma ondulação, quando a mola é impelida perpendicularmente ao seu eixo. Neste caso a oscilação é de cima para baixo, perpendicular à oscilação, portanto essas ondas são chamadas ondas transversais.

É importante notar que as voltas oscilam à medida que a perturbação se propaga através da mola e isso é o mesmo que acontece com as ondas mecânicas: não há transporte líquido de matéria, mas sim é a perturbação que viaja, transportando energia através do material.

Na natureza, existem ondas longitudinais, como o som, que consiste em compressões e expansões alternativas de moléculas de ar, e ondas transversais, como a luz e as ondas que são produzidas nas cordas dos instrumentos musicais.

Lentes corretivas

materiais

Vários vidros corretivos.
Lanterna potente, pode ser a luz móvel ou led.
Uma tela na parede lisa.

Processo

Ligue a lanterna e aponte-a diretamente para a tela, intercalando os óculos a serem analisados.

O que está acontecendo?

Você vê a sombra dos óculos dos óculos na tela. Mas dependendo se são lentes corretivas para miopia, hipermetropia ou presbiopia, este tom será diferente.

Quando são lentes corretivas de miopia, a sombra escura da lente é observada e um leve halo fora da moldura. Por outro lado, os óculos para hipermetropia e presbiopia apresentam um ponto luminoso no centro.

Explicação

As lentes usadas para corrigir esses problemas de refração no olho são diferentes. Lentes divergentes são usadas para miopia, que, como o nome indica, estendem os raios de luz que vêm da lanterna.

Por outro lado, as lentes para corrigir a hipermetropia são lentes convergentes, o que significa que elas reúnem os raios de luz em um ponto e, portanto, o centro da lente parece iluminado.

O centro de gravidade de uma folha plana

materiais

Folha de papelão, plástico ou madeira de vários formatos.
Alguns pregos.
Suporte universal.
Uma noz de bom tamanho.
Fio forte.
Régua graduada transparente.
Lápis de grafite.

Processo

Com a porca e a rosca é feito um fio de prumo que serve para determinar corretamente a vertical.
Uma das lâminas é furada com a ajuda de um prego, se for uma lâmina triangular, por exemplo, a perfuração é feita junto a um dos vértices.
Agora a folha é suspensa pelo orifício feito no passo anterior, usando um prego na parede ou um suporte universal, caso não queira furar a parede.
O prumo é suspenso no mesmo ponto para indicar a vertical, normalmente o prumo oscila um pouco. Quando todo o sistema se estabilizar, marque a direção vertical com o lápis no papelão.

Em seguida, a folha é retirada e a vertical indicada é desenhada com um lápis e uma régua.
A lâmina é furada novamente em outro ponto próximo a outro vértice e o procedimento de suspendê-la é repetido junto com o fio de prumo, traçando uma nova vertical. O ponto de intersecção de ambas as linhas é o centro de gravidade da folha.
Experimente folhas de formatos diferentes, mesmo as irregulares.

O que está acontecendo?

Cada vez que a folha é suspensa e solta, ela oscila brevemente até atingir a posição de equilíbrio estável, onde permanece se não for perturbada.

Explicação

Os corpos tendem a permanecer em equilíbrio estável porque é o estado com a energia potencial mais baixa.

Para um corpo suspenso por um ponto, o equilíbrio estável é alcançado quando esse ponto está acima do centro de gravidade, o ponto onde o peso pode ser considerado aplicado.

Em uma figura geométrica regular, o centro de gravidade coincide com o centro geométrico da mesma, desde que a densidade do material seja homogênea, mas se a figura for irregular, uma forma de encontrar seu centro de gravidade é através do experimento descrito.

Equilibrando uma folha plana

materiais

Folhas de papelão, plástico ou madeira, para as quais o centro de gravidade foi previamente determinado (ver experiência anterior).
Um alfinete ou prego comprido e fino.

Processo

Coloque a folha na ponta do alfinete ou prego, apoiando-a em diferentes pontos.

O que está acontecendo?

Observa-se que a folha permanece em equilíbrio apenas quando está apoiada no centro de gravidade. Quando você tenta apoiar a folha em qualquer outro ponto, ela vira imediatamente.

Explicação

Se a linha de ação do peso passa pelo prego ou pino que segura o lençol, ele permanece em equilíbrio, mas caso contrário, a distância faz com que o peso provoque um torque desequilibrado, que tende a tombar o lençol.

Uma bateria feita de limão

materiais

Limões com bastante suco.
Cabos de fio de cobre ou braçadeira dentada (tipo jacaré).
Um prego de ferro ou cobre ou, alternativamente, uma moeda de cobre.
Um parafuso de zinco galvanizado.
Um multímetro digital.
Exato.
Uma lâmpada conduziu pequeno (baixa tensão).

Processo

Com o exato, faça com cuidado dois pequenos cortes em cada extremidade do limão
Insira o parafuso de um lado no limão e a moeda de cobre (ou prego de ferro) do outro, esses serão os eletrodos da bateria.
Conecte o voltímetro, para isso coloque o indicador central do instrumento na posição de medir a tensão contínua e uma ponta na moeda e a outra no parafuso.

O que está acontecendo?

O voltímetro indica baixa voltagem, geralmente menos de 1 volt. Se o display do aparelho apresentar sinal negativo, significa que a polaridade está invertida, basta conectar os cabos ao contrário.

A corrente gerada também é pequena, em torno de 0,1 mA, porém é preciso tomar cuidado para não tocar os dois eletrodos ao mesmo tempo, para que o circuito não feche.

Os valores mudam dependendo de quão ácidos os limões são e também dos metais que são usados como eletrodos. Se em vez de usar zinco magnésio for usado, a tensão obtida aumenta.

Colocando vários limões em série pode-se obter uma bateria de 3 volts ou mais, a ser verificada com o voltímetro. Cabos de fio ou do tipo jacaré são usados para fazer a conexão.

A lâmpada de led precisa de mais voltagem do que uma única bateria de limão para acender, então você tem que colocar várias baterias em série (geralmente são suficientes entre 3 e 5 limões), conectando as pontas com fio de cobre ou pinça. A luz serve como testemunha da passagem da corrente gerada.

Explicação

No interior da fruta e graças ao contato do ácido ascórbico do suco com os metais, que atuam como eletrodos, ocorrem reações químicas. Essas reações geram elétrons que vão do zinco ao cobre, passando pelo interior do limão e esse movimento de cargas constitui uma corrente elétrica quando os eletrodos são unidos pelos cabos.

Experimentos de física para o ensino médio (15-18 anos)

Neste nível, os alunos já conhecem as equações que governam muitos fenômenos físicos. O experimento com o periscópio os ajuda a se familiarizar com a ótica e requer alguma habilidade manual.

Com o segundo experimento, eles podem visualizar um campo, neste caso um magnético. O conceito de campo ajuda a visualizar e descrever as interações fundamentais da Física.

Periscópio caseiro

O periscópio é um instrumento ótico simples usado para ver por cima da multidão ou acima da superfície da água. Também pode ser usado para olhar embaixo da cama e, em geral, para visualizar coisas que não estão no nível dos olhos.

materiais

2 espelhos planos como os que vêm nos estojos de maquiagem, não precisam ser idênticos.
Uma folha de papelão adequada para fazer um tubo com ela.
Outra folha de papelão para fazer os suportes do espelho, você pode reaproveitar a de uma caixa.
Fita adesiva
Tesouras
Cola
Regra.
Lápis de grafite, borracha.
Papel de embrulho ou papel branco.
Marcadores e adesivos coloridos.

Processo

Para construir o periscópio, você precisa colocar dois espelhos planos dentro de um tubo, seguindo estas etapas:

Passos para fazer o suporte do espelho

Faça dois suportes de papelão iguais para os espelhos, que tenham uma forma de cunha inclinada 45º em relação ao comprimento do tubo. O tamanho dos apoios depende do diâmetro dos espelhos selecionados, visto que são colados na cunha, conforme este esquema:

Recorte dois retângulos de papelão e marque três divisões em cada um deles para fazer as dobras, duas delas devem ter o mesmo comprimento, e o comprimento da terceira é calculado com o teorema de Pitágoras. Por exemplo, se os lados mais curtos têm 6 cm, o lado longo deve medir:

d² = (6² + 6²) = 72

d = √72 = 8,5 cm.

Dobre os lados com a mesma medida em ângulos retos, depois dobre o lado comprido e prenda com fita adesiva.
Cole e prenda um espelho no lado comprido da cunha.

Passos para fazer o tubo do periscópio

Pegue a folha de papelão retangular e divida-a em quatro retângulos iguais, usando o lápis e a régua. O comprimento será o do tubo, mas deve-se levar em conta que quanto mais comprido, menor será a imagem.
Recorte também duas janelas para os espelhos.
Dobre o papelão seguindo as marcas para fazer o tubo.
Cole e prenda as bordas.
Forre o tubo com papel de embrulho ou papel branco e decore a gosto com marcadores e adesivos.

O que está acontecendo?

Quando você olha por uma das janelas, você pode ver os objetos que estão acima da cabeça da pessoa, por exemplo, você pode olhar para o topo de um armário.

Explicação

A luz que entra por uma das aberturas do periscópio é refletida no primeiro dos espelhos inclinados, de acordo com a lei de reflexão da luz, segundo a qual o ângulo do raio incidente é igual ao ângulo do raio refletido.

Como o espelho é inclinado 45 °, isso faz com que os raios que entram horizontalmente sejam agora direcionados verticalmente através do tubo em direção ao segundo espelho. E a partir disso são refletidos novamente a 90º em direção aos olhos do observador, de acordo com o esquema mostrado na figura.

Observando o campo magnético de ímãs

materiais

Ímãs revestidos de plástico.
Uma folha de papel branco.
Limalha de ferro (pode ser obtida em oficinas de metalurgia e lojas de brinquedos, também pode ser obtida cortando esponjas de lã de aço, do tipo usado para esfregar potes e panelas)
Um saleiro vazio.
Luvas de látex para o manuseio de limalhas.

Processo

Encha o saleiro com limalha de ferro. É importante que luvas sejam usadas para manusear as limalhas, porque às vezes podem perfurar a pele ou fazer pequenos cortes incômodos nas mãos.
Polvilhe a limalha na folha de papel branca.
Coloque o ímã sob a lâmina e mova-o suavemente.
Uma vez observado o fenômeno, o ímã deve ser retirado e a limalha armazenada no saleiro. O ímã é forrado com plástico para evitar que as limalhas grudem nele, caso contrário, pode ser complicado removê-los mais tarde.

O que está acontecendo?

A limalha de ferro é orientada ao longo das linhas de campo magnético produzidas pelo ímã. Se o ímã se move sob o papel, as limalhas acima também o fazem, descrevendo padrões curiosos de linhas que seguem o ímã.

Explicação

Os ímãs têm a propriedade de atrair moedas de níquel, pregos, parafusos, porcas e objetos de ferro em geral. O magnetismo é inato a algumas substâncias como a magnetita, um óxido de ferro e depende da configuração de seus elétrons.

Agora, qualquer ímã tem pólos magnéticos norte e sul, que são inseparáveis. As linhas de força do campo magnético são curvas fechadas que saem do pólo norte e vão para o pólo sul, passando sem problemas pelo interior. Eles são mais densos perto do ímã, pois o campo é mais forte lá.

Experimentos de física para universidade (acima de 18 anos)

Os experimentos de física para estudantes universitários geralmente requerem suprimentos de laboratório e quase sempre envolvem fazer medições e construir tabelas de dados.

Os experimentos são um pouco mais elaborados e durante os primeiros semestres busca-se que o aluno corrobore os modelos teóricos, pratique o tratamento dos erros e elabore relatórios técnicos. Também sabem o manuseio de alguns instrumentos como o paquímetro ou paquímetro e o multímetro para medir grandezas elétricas.

Claro, existem também numerosos experimentos demonstrativos para ilustrar como as leis físicas são cumpridas na mecânica, na eletricidade e no magnetismo.

Medição de resistência elétrica

materiais

Resistências elétricas fixas variadas.
Um multímetro digital ou analógico.
Código de cores do resistor, encontrado em livros especializados ou na Internet.

Processo

Use o código de cores para encontrar o valor de fábrica para cada resistor.
Meça a resistência com o multímetro.
Compare os valores obtidos.

O que está acontecendo?

O valor nominal dos resistores (de fábrica) é indicado por uma série de faixas coloridas no corpo dos resistores. Cada faixa representa uma figura e uma potência de 10, na ordem.

Esse valor pode ser um pouco diferente do que é medido com o multímetro. Porém, o fabricante indica com uma faixa de cor metálica, a margem de tolerância da resistência, o que significa que seu valor verdadeiro está dentro desta margem.

Por outro lado, o instrumento também possui uma pequena margem de erro, denominada erro de apreciação, que geralmente é bem pequena. Todas as medições feitas com um instrumento devem ser acompanhadas de um erro na sua avaliação.

Explicação

Sempre que um objeto é fabricado, não importa quão rigorosos sejam os controles de qualidade, suas medidas podem diferir em uma pequena porcentagem das medidas estabelecidas no projeto. Isso se aplica não apenas aos resistores, mas também a inúmeras peças.

Por este motivo, os fabricantes indicam sempre uma margem de tolerância, dentro da qual se encontra o valor em questão. Portanto, às vezes os valores medidos diferem ligeiramente dos valores nominais.

Determinação da constante elástica de uma mola

materiais

Mola ou mola helicoidal com carga máxima de 1kg.
Conjunto de pesos.
Suporte de peso.
Cronômetro.
Suporte universal.
Um objeto de massa desconhecida.
Papel gráfico.
Régua de plástico transparente mais longa que a mola.
Lápis de grafite.
Computador com software gráfico, pode ser Excel, Geogebra ou outro.

Processo

O suporte universal está disponível para fixar uma haste, a partir da qual a mola é pendurada verticalmente por uma de suas extremidades.
A régua é colocada paralela à mola, totalmente vertical e aderida ao suporte, para medir o comprimento da mola, tanto o comprimento natural da mola, quanto o comprimento que ela tem quando as diferentes massas são penduradas nela.
A outra extremidade da mola é usada para pendurar os pesos através do suporte de peso. Você começa com uma pequena massa, digamos 50 ge mede o comprimento da mola quando o sistema está em equilíbrio. A medição é registrada em uma tabela.
Adicione mais pesos para medir o alongamento Δy Primavera ao pendurar uma missa m 100g, 150g, 200g, 250g ... Inclui-se também a massa desconhecida, tendo sempre o cuidado de não ultrapassar a carga máxima permitida pela mola, caso contrário ficará permanentemente deformada e o experimento perderá a validade.
Assim que a tabela for concluída, use o software para representar graficamente o alongamento Δy Primavera em função da massa m e fazer o ajuste da curva correspondente. Não inclua a massa desconhecida, pois seu valor é desconhecido, mas o gráfico obtido, já ajustado, é utilizado para determinar seu valor.

O que está acontecendo?

À medida que grandes massas são penduradas, a mola fica cada vez mais longa. Já que o gráfico do alongamento Δy em função da massa m é uma linha reta, a dependência entre as duas variáveis é linear.

Explicação

De acordo com a lei de Hooke, a força exercida pela mola sobre a massa suspensa tem magnitude F = kΔy, onde Δy é a diferença entre o alongamento da mola e seu comprimento natural. Esta força neutraliza o peso mg, portanto:

kΔy = mg

Δy = (g / k) .m

Quando Δy é representado graficamente como uma função de m, a curva é uma reta com inclinação g / k.

Conhecendo o valor da inclinação, que é dado pelo ajuste feito pelo software, pode-se determinar a constante elástica da mola, que representa a força necessária para atingir um alongamento unitário da mesma. As unidades desta constante são newton / m no Sistema Internacional.

Depois de obter o valor de k, você pode saber imediatamente o valor da massa desconhecida.

Determinação do coeficiente de atrito estático

materiais

Rampa de inclinação variável: geralmente dois planos conectados por uma dobradiça.
Fio de algodão forte.
Uma noz de bom tamanho.
Pedaço de madeira.
Uma imprensa.
Um transferidor de plástico transparente.
Um bloco de Teflon, um de borracha.
Folha de teflon e folha de borracha.
Cronômetro.

Processo

Faça um prumo com a linha e a porca, que servirá para marcar corretamente a vertical.
Fixe a base da rampa ou plano inclinado à mesa de trabalho usando a prensa.
Coloque o bloco de madeira entre a base da rampa e a própria rampa, empurrando-o para dentro, é possível inclinar cada vez mais a rampa.
Pendure o fio de prumo no centro do transportador e prenda este dispositivo no topo da rampa. Será utilizado para medir o ângulo de inclinação do mesmo, em relação à vertical indicada pelo fio de prumo.
Cubra a rampa com a lâmina de teflon e certifique-se de que está bem aderida.
Posicione o bloco de Teflon em cima da folha de Teflon, de forma que fique em repouso.
Agora empurre suavemente o bloco de madeira, tomando cuidado para que a rampa não se mova abruptamente. Faça isso até que o bloco de Teflon comece a deslizar.
Meça o ângulo em que o bloco começa a deslizar, este é o ângulo crítico para superfícies de Teflon-Teflon. Repita essas ações pelo menos 10 vezes, cada vez observando o ângulo crítico.
Repita o procedimento anterior, mas agora trocando o bloco de Teflon pelo de borracha. Determine também o ângulo crítico para o bloco de Teflon na borracha 10 vezes.
Agora substitua a folha de Teflon que cobre a rampa pela de borracha e repita as etapas anteriores novamente, primeiro para o bloco de Teflon, depois para o bloco de borracha.
Determine o valor médio do ângulo crítico para cada caso: Teflon-Teflon, borracha-Teflon, borracha-borracha, Teflon-borracha e encontre o erro de medição, que depende da apreciação do transferidor e do desvio padrão dos dados medidos.

O que está acontecendo?

Quando a rampa está inclinada o suficiente, o atrito estático não é mais suficiente para manter o bloco em equilíbrio e ele começa a deslizar morro abaixo. O ângulo em que isso acontece é chamado de ângulo crítico e depende da natureza das superfícies em contato.

Explicação

A força máxima de atrito estático que o bloco experimenta na rampa é proporcional à força normal que a rampa exerce sobre o bloco. A constante de proporcionalidade é chamada de coeficiente de atrito estático e é denotada como μ_e.

Se o diagrama de corpo livre for feito enquanto o bloco está em equilíbrio, é mostrado que o coeficiente de atrito estático é igual à tangente do ângulo crítico θ_c, que é o ângulo de inclinação para o qual o bloco começa a deslizar:

μ_e = tg θ_c

Portanto, ao determinar o ângulo e encontrar sua tangente, o valor experimental do coeficiente de atrito entre certas superfícies é conhecido.

Carga do capacitor

materiais

Uma matriz de patch para a montagem de circuitos (tábua de pão).
Capacitor descarregado de 330 μF.
Resistência de cerca de 150 Ω.
Uma troca.
Um voltímetro digital.
Fonte de tensão direta ou bateria de 3 V.
Papel gráfico.
Régua e lápis transparentes.

Processo

O capacitor deve ser descarregado inicialmente, o que pode ser verificado com o voltímetro. Se alguma carga permanecer, suas pontas são curto-circuitadas por meio de um cabo e a tensão é verificada novamente, para se certificar de que está descarregada.
Uma vez que o capacitor é descarregado, ele é colocado na placa de ensaio conectando-o em série com o resistor, o interruptor.
A fonte é colocada em 3 V e esta tensão é verificada, conectando o voltímetro em paralelo com seus terminais.
A fonte é conectada ao circuito, mantendo a chave fechada.
O voltímetro é então conectado em paralelo com o capacitor para ler sua tensão de tempos em tempos.
O experimento começa em t = 0 segundos quando a chave é aberta, então a tensão é medida a cada 10 a 15 segundos, por cerca de 4 minutos, e é registrada em uma tabela junto com seu respectivo tempo.
O tempo aproximado que leva para o capacitor carregar, em segundos, é 5R.C, onde R é o valor da resistência (em ohms) e C é a capacidade do capacitor (em farads)
Assim que o capacitor é carregado, a fonte é desligada. Os dados obtidos são plotados em papel milimetrado.

O que está acontecendo?

O capacitor inicialmente descarregado carrega rapidamente no início, mas mais lentamente no final.

A curva tensão x tempo tem a forma de um exponencial limitado por uma assíntota, já que a tensão é zero no início, e tende para o valor da bateria assim que o capacitor é carregado.

Explicação

Da bateria saem as cargas positivas que se depositam em uma das faces do capacitor, que também adquire carga positiva. A princípio, com o capacitor vazio, as cargas chegam rapidamente, mas aos poucos vão diminuindo, pois a repulsão eletrostática deve ser considerada.

A tensão em função do tempo tem a forma:

Q_{max =}cv_ou

Onde V_ou é a tensão da fonte usada.

Pode-se modificar o valor da resistência, bem como da tensão inicial, embora deva ser considerada a tensão máxima suportada pelo capacitor, que está indicada em seu envelope. Um resistor de valor mais alto faz com que o capacitor carregue mais lentamente.

Referências

100 Experimentos Simples de Física e Química. Recuperado de: juntadeandalucía.es.
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Telebachillerato de Veracruz. Experimentos de Física II.