Física Geral e Experimental

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FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL 1                                        LABORATÓRIO 2.1

DETERMINAÇÃO DA ACELERAÇÃO DA GRAVIDADE USANDO O COMPUTADOR COMO CRONÔMETRO

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1. REFERÊNCIA BÁSICA

1. Referência básica: o computador como cronômetro

2. PARA ENTENDER O TEXTO

2. O tempo de reação humano é da ordem de décimos de segundo.

3. O tempo de reação humano é maior do que o necessário para medir intervalos pequenos com o cronômetro manual, pois o tempo é dado pela seguinte equação: . Onde h = altura, e g = aceleração da gravidade. Essa equação nos mostra que para alturas de um metro, o tempo de queda seria de aproximadamente 0,5 s. Isso tornaria inviável a medição com o cronômetro de mão. Uma possível solução para este problema seria aumentar a altura de modo que o tempo de reação não seria uma grande fonte de erro. Mas, desse modo, surge mais um problema: para apenas dobrar esse tempo, precisaríamos quadruplicar a altura, tornando este experimento inviável de se realizar dentro da maioria dos laboratórios disponíveis.[pic 1]

4. Photogates são dispositivos que possuem cronômetros eletrônicos acoplados de modo a fazer medições de tempo com grande exatidão.

5. O comprimento de onda é dado pela letra grega λ e significa a menor distância percorrida entre dois pontos consecutivos. A frequencia (f) é o número de oscilações produzidas num espaço de tempo. É dado pela equação . Já o período da onda pode ser definido como o espaço de tempo necessário para que um ponto vibrante percorra um ciclo de oscilação completo.[pic 2]

6. Assumindo que o computador capta sons de 20 hz - 20.000 hz, o menor intervalo de tempo que este podecaptar seria dado pela equação do período da onda: .[pic 3]

7. A razão é dada pela equação , onde th assume o valor do tempo de reação humano e o tc, o do computador. Assumindo que o tempo de reação humano é da ordem de dois décimos de segundo, a equação deve ficar assim . O que significa que o computador é 4 mil vezes mais rápido nesta tarefa.[pic 4][pic 5]

8. O software Audacity é responsável por fazer a interpretação dos sons captados pela placa de som do computador. Isto significa que ele capta o som no momento exato em que o objeto foi deixado em queda livre. O software também capta o momento exato em que o som da queda do objeto foi produzido (Este som pode possuir erro por causa da velocidade de propagação do som, mas se o experimento for feito de modo correto, esse erro pode ser cancelado). Tendo estas medições do momento desses sons, é possível calcular com grande exatidão o tempo de queda do objeto.

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3. PARA ENTENDER A EXPERIÊNCIA

9. São dois problemas que acontecem ao se usar grandes altitudes para a realização deste experimento:
1) Grandes altitudes não são fáceis de serem alcançadas, pois a maioria dos laboratórios não contam com um ambiente favorável para realizar este tipo de experimento com altitudes grandes;
2) Queremos saber a aceleração da gravidade, que não leva em conta a resistência do ar. Quando temos um objeto caindo de uma altura elevada, ele atinge grande velocidade no processo, o que faria a resistência do ar ser significativa e poderia invalidar toda a equação.