F 229 — Física experimental II

Rafael Rabelo Mônica Nunes

rabelo@ifi.unicamp.br

https://sites.ifi.unicamp.br/rabelo

Sala 243 - DFMC

Experimentos

2

Cinco experimentos, duas aulas por experimento.

1. Pêndulo físico;

2. Cordas vibrantes e ondas estacionárias;

3. Máquina de Atwood;

4. Viscosidade: Lei de Stokes;

5. Calorimetria.

Primeira aula: exploração

3

• Avaliar as grandezas que podem ser controladas no experimento;

• estimar as faixas de valores possíveis para estas grandezas; • avaliar a quantidade de medições adequada para um bom

tratamento dos dados; • avaliar os possíveis problemas que o aparato experimental pode

apresentar; • explorar estratégias para adquirir dados de qualidade;

• coletar dados preliminares.

Entre aulas - pré-análise e planejamento

4

• Definir o espaço amostral das grandezas variáveis no experimento;

• Estudar a equação-modelo, avaliar o comportamento esperado do

sistema dentro do espaço amostral;

• Gráficos preliminares indicando se o comportamento do sistema

está dentro do esperado;

• Montar tabelas para organizar a aquisição dos dados finais; • Escrever um procedimento detalhado a ser seguido na segunda

aula.

Segunda aula: experimento

5

• Realizar o experimento de acordo com o planejamento;

• coletar dados definitivos (carimbo/visto na folha do caderno de

laboratório).

• Não haverá ajuda do professor/ped;

• proibido o uso de computadores.

Boa conduta no laboratório

6

• Não consumir alimentos;

• não utilizar dispositivos eletrônicos; • manter o baixo volume das vozes;

• utilizar vestimentas adequadas.

Caderno de laboratório

7

• Caderno confeccionado pelo LEB;

• único meio de anotações na bancada; • deve ser claro e organizado;

• não será permitido durante as provas.

Análise de dados

8

• Softwares permitidos:

• Origin; • SciDAVis.

• Tutorial no moodle da disciplina.

Relatórios

9

• Título;

• Identificação (nome e RA); • Resumo;

• Introdução; • Objetivos;

• Materiais e métodos; • Resultados;

• Discussão; • Conclusões;

• O conteúdo de cada sessão é detalhado no programa de

desenvolvimento (moodle).

Relatórios

10

• Máximo de 5 páginas (+ apêndice);

• em .pdf, no moodle; • 6 dias após a aula (23:59 da terça-feira seguinte);

• escritos em linguagem sucinta e clara, e bem organizados; • Relatórios feitos em ganham 0.5 pontos bônus;

• overleaf / sharelatex. • Apêndice obrigatório:

• foto ou scan do caderno, com os dados coletados, e o visto do

professor/ped.

• Os critérios de correção estão disponíveis no moodle.

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Plágio

11

3

• Resultados:apresentarosresultadosobtidos,inclusivetabelasegráficos.Deveconterumaanálisenuméricadosresultadosapresentados,incluindo-sehipótesesdecálculo,regressõesepropagaçõesdeincertezas.

• Discussão:discutirosresultadosapresentados,verificandosefazemsentidofísicoeseestãodeacordocomvaloresdereferência,quandopossível.Asfontesdeincertezadevemseranalisadasealternativasparamelhoriadoexperimentodevemserapresentadas.Noteque“errohumano”nãoéumafonteaceitáveldeincertezas.

• Conclusão:nestaseção,deve-seresponderseosobjetivosforamalcançados.Sehouverumaperguntanorteadoraparaoexperimento,respondaclaramenteaestapergunta.

CLÁUSULADEHONESTIDADEACADÊMICA De acordo com o Regimento Geral da UNICAMP, recorrer a meios fraudulentos a fim de lograr

aprovação consiste em infração à disciplina, sujeita a penalidades disciplinares que vãode advertência àexpulsão da universidade. Em F229, a desonestidade acadêmica é considerada fraude. A desonestidadeacadêmica inclui,dentreoutros,acolaemprovaseexamefinal,oplágioemrelatórios,a falsificaçãoeafabricação de dados experimentais. Alunos de F229 envolvidos em qualquer ato de fraude cometido nocontextodestadisciplina serão reprovadosnadisciplina e estarão sujeitos à instauraçãodeumprocessodisciplinar.

PLÁGIOTodososrelatóriosserãotestadosparaverificaraexistênciadeplágio.Umavezconstatadooplágio,

ocasoserálevadoàComissãodeGraduaçãodoIFGW,aqualpoderápenalizarosalunosenvolvidoscomanota zero na disciplina, sem prejuízo para as penalidades previstas no Título X do Regimento Geral daUNICAMP(página38).

PROVASDuranteosemestrehaverá3provas,P1,P2eFES.AsprovasP1eP2serãoprovasparciaiseaFESa

provafinalondeserácobradodoalunotodooconteúdodadisciplina.AFESseráentãoutilizadacomoaprovafinal,examefinalouaindacomoumaprovasubstitutiva,dependendodocasoemquestão.

As provas poderão ser escritas e/ou experimentais, versando sobre os experimentos realizados,incluindoconceitosdelaboratório(tratamentoestatístico,erros,etc).

Matériadasprovas:

• P1–Experimentos1e2.• P2–Experimentos3a5.• FES–Todososexperimentos.

ATENÇÃO:Cadaalunosomentepoderáfazerasprovas(P1,P2eFES)nohorárioelocaldesignadosparaa

turma em que estiver matriculado. O aluno é o único e exclusivo responsável pelos compromissos

assumidosparaasdatasehoráriosdasprovasdeF-229.

FREQUÊNCIAEABONODEFALTAS Afrequênciamínimaexigidaparaaprovaçãoéde75%dasaulasministradas.Asfaltassomenteserãoabonadas nos termos do Artigo 72 do Regimento Geral de Graduação. Todas as solicitações deverão ser

Avaliações

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• P1 (Experimentos 1 e 2);

• P2 (Experimentos 3 a 5); • Exame (Todos os experimentos);

• Relatórios (4 melhores);

• Experimentos desafio.

3

• Resultados:apresentarosresultadosobtidos,inclusivetabelasegráficos.Deveconterumaanálisenuméricadosresultadosapresentados,incluindo-sehipótesesdecálculo,regressõesepropagaçõesdeincertezas.

• Discussão:discutirosresultadosapresentados,verificandosefazemsentidofísicoeseestãodeacordocomvaloresdereferência,quandopossível.Asfontesdeincertezadevemseranalisadasealternativasparamelhoriadoexperimentodevemserapresentadas.Noteque“errohumano”nãoéumafonteaceitáveldeincertezas.

• Conclusão:nestaseção,deve-seresponderseosobjetivosforamalcançados.Sehouverumaperguntanorteadoraparaoexperimento,respondaclaramenteaestapergunta.

CLÁUSULADEHONESTIDADEACADÊMICA De acordo com o Regimento Geral da UNICAMP, recorrer a meios fraudulentos a fim de lograr

aprovação consiste em infração à disciplina, sujeita a penalidades disciplinares que vãode advertência àexpulsão da universidade. Em F229, a desonestidade acadêmica é considerada fraude. A desonestidadeacadêmica inclui,dentreoutros,acolaemprovaseexamefinal,oplágioemrelatórios,a falsificaçãoeafabricação de dados experimentais. Alunos de F229 envolvidos em qualquer ato de fraude cometido nocontextodestadisciplina serão reprovadosnadisciplina e estarão sujeitos à instauraçãodeumprocessodisciplinar.

PLÁGIOTodososrelatóriosserãotestadosparaverificaraexistênciadeplágio.Umavezconstatadooplágio,

ocasoserálevadoàComissãodeGraduaçãodoIFGW,aqualpoderápenalizarosalunosenvolvidoscomanota zero na disciplina, sem prejuízo para as penalidades previstas no Título X do Regimento Geral daUNICAMP(página38).

PROVASDuranteosemestrehaverá3provas,P1,P2eFES.AsprovasP1eP2serãoprovasparciaiseaFESa

provafinalondeserácobradodoalunotodooconteúdodadisciplina.AFESseráentãoutilizadacomoaprovafinal,examefinalouaindacomoumaprovasubstitutiva,dependendodocasoemquestão.

As provas poderão ser escritas e/ou experimentais, versando sobre os experimentos realizados,incluindoconceitosdelaboratório(tratamentoestatístico,erros,etc).

Matériadasprovas:

• P1–Experimentos1e2.• P2–Experimentos3a5.• FES–Todososexperimentos.

ATENÇÃO:Cadaalunosomentepoderáfazerasprovas(P1,P2eFES)nohorárioelocaldesignadosparaa

turma em que estiver matriculado. O aluno é o único e exclusivo responsável pelos compromissos

assumidosparaasdatasehoráriosdasprovasdeF-229.

FREQUÊNCIAEABONODEFALTAS Afrequênciamínimaexigidaparaaprovaçãoéde75%dasaulasministradas.Asfaltassomenteserãoabonadas nos termos do Artigo 72 do Regimento Geral de Graduação. Todas as solicitações deverão ser

Notas

13

MA =R + P1 + P2

3+ D

MF =MA + E

2

AprovaçãoMA ≥ 7 : MA < 7 :

AprovaçãoMF ≥ 5 : ReprovaçãoMF < 5 :

Exame

Desafios

14

• Experimentos extra:

• Resposta ao final da aula; • sem roteiro prévio;

• sem relatório a entregar. • Participação opcional;

• nota em grupo; • certo/errado;

• bônus de 0.25 pontos/desafio.

Frequência

15

• Mínimo de 75%: quarta falta implica reprovação;

• não se esqueça de assinar a lista de presença; • atraso tolerável: 15 minutos;

• abono de faltas: somente para os casos previstos no regimento da

graduação da UNICAMP;

• faltas: • 1a aula: fator de 0.7 na nota do relatório;

• 2a aula: fator de 0.3 na nota do relatório.

Calendário

16

08/08 Introdução15/08 Experimento 1 - aula 122/08 Experimento 1 - aula 229/08 Experimento 2 - aula 105/09 Experimento 2 - aula 212/09 Prova 119/09 Experimento 3 - aula 126/09 Experimento 3 - aula 203/10 Desafio 110/10 Experimento 4 - aula 117/10 Experimento 4 - aula 224/10 Experimento 5 - aula 131/10 Experimento 5 - aula 207/11 Desafio 214/11 Prova 212/12 Exame

Incertezas em medições

Efeitos casuais e sistemáticos

18

• Efeitos casuais afetam as medições de maneira aleatória,

alterando as medidas para mais ou para menos com igual

probabilidade, causando diferenças entre resultados de medições

repetidas. • Efeitos sistemáticos afetam as medições sempre da mesma

maneira, alterando o valor medido sempre para mais ou para

menos e com a mesma magnitude.

Exatidão e precisão

19

Incerteza do tipo A: estatística

20

• Cálculo do desvio-padrão da média de uma série de observações

experimentais independentes. • Uso do método dos mínimos quadrados para ajustar uma curva

aos dados de modo a estimar os parâmetros da curva e seus

desvios-padrões.

Incerteza do tipo B: não-estatística

21

• Dados de uma única leitura analógica ou digital.

• Experiência ou conhecimento prévio do comportamento ou

propriedades relevantes do material e instrumentos.

• Especificações do fabricante. • Calibração dos equipamentos.

Densidades de probabilidade

22

Densidades de probabilidade

23

Gaussiana

24

Gaussiana

25

Incerteza combinada

26

• Quando uma medição tem mais de uma fonte de incerteza

identificável, a contribuição de todas as fontes deve ser

considerada para que a incerteza seja realmente significativa.

Planilha de incerteza

27

Equação modelo

28

• Na maioria dos casos, o mensurando y não é medido diretamente,

mas é determinado a partir de N outras grandezas x_1, x_2, ..., x_N,

chamadas de grandezas de entrada, as quais são medidas

diretamente. • Equação modelo:

Equação modelo

29

• Como muitas grandezas físicas são calculadas combinando-se

duas ou mais medições diferentes, é importante saber como as

incertezas de medições se propagam.