Olimpíadas de Física Prova experimental A. Sociedade Portuguesa de Física - PDF
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Ian Fernandes Angelim
1 Olimpíadas de Física 2003 Prova experimental A Sociedade Portuguesa de Física 30/Maio/2003
2 Olimpíadas Internacionais de Física 2003 Prova Experimental A Campo magnético terrestre Duração da prova: 2h 1 Material 1 bússola 1 fonte de alimentação 1 multímetro 1 resistência de 1 kω 2 bobinas 3 barras de plasticina fios de ligação 2 Descrição Pretende-se nesta prova medir a componente horizontal do campo magnético terrestre, utilizando uma montagem experimental conhecida por galvanómetro das tangentes. O método é muito simples. Sobrepõe-se à componente horizontal do campo magnético terrestre, B h, um campo magnético perpendicular, B p, aplicado no plano horizontal e criado por um par de bobinas. Nesta situação, a agulha de uma bússola colocada no centro das bobinas alinha-se segundo o campo magnético resultante. Medindo a deflexão da agulha da direcção Norte-Sul devida ao campo aplicado é possível determinar B h. 3 Execução 1. Montar o circuito representado na fig.1, tendo o cuidado de alinhar o plano das bobinas com a direcção Norte-Sul, indicada pela bússola quando não passa corrente no circuito. A distância entre as bobinas deverá ser igual ao lado L da espira (quadrada). A bússola deverá ser colocada horizontalmente, equidistante das espiras e sobre o seu eixo. Utilizar plasticina para fixar as bobinas e a bússola ao tampo da mesa. O campo magnético criado pela corrente, I, que circula nas bobinas é aproximadamente homogéneo na zona central entre as duas bobinas. Antes de iniciar as medições deverá verificar que o sentido da corrente nas duas bobinas é idêntico. 2. Registar, para vários valores de corrente I, os ângulos de deflexão θ da agulha da bússola. 3. Mostrar que o campo magnético criado pelas bobinas no ponto onde foi colocada a bússola é dado pela expressão 1
3 B p NI L onde N 200 é o número de espiras de cada bobina. Considerar para valor da permeabilidade do ar µ 0 4π 10 7 H m. 4. A partir das medições efectuadas, determinar o valor da componente horizontal do campo magnético terrestre e estimar a incerteza associada a este valor. 5. Analisar a sensibilidade do galvanómetro das tangentes para a medição da componente horizontal do campo magnético terrestre em função do ângulo θ. Qual o valor de θ para a qual a incerteza do aparelho é mínima? SI Figure 1: Montagem experimental 2
4 Olimpíadas de Física 2003 Prova experimental B Sociedade Portuguesa de Física 30/Maio/2003
5 Olimpíadas Internacionais de Física 2003 Prova Experimental B Resistência do Ar Duração da prova: 2h 1 Material Sensor de movimento (sonar) Sistema de aquisição de dados Conjunto de formas para queques, em papel 2 Descrição Quando um corpo se movimenta no seio de um fluido viscoso, fica sujeito à acção de uma força de resistência ao movimento que é descrita, de forma aproximada, pela lei: F r Cv α ˆv Nesta expressão ˆv v v, onde v é a velocidade do corpo e α um coeficiente pequeno, geralmente inferior a 2 para velocidades não muito elevadas. O coeficiente C depende do fluido e da forma do corpo, em particular da sua secção máxima num plano perpendicular à direcção do movimento. Um corpo que cai no ar sob a acção da gravidade também se encontra sujeito a uma força resistiva deste tipo, a que se chama geralmente resistência do ar. Sob a acção combinada da gravidade e da resistência do ar, um corpo em queda livre acaba por adquirir, ao fim de algum tempo, uma velocidade constante, designada velocidade terminal ou limite. Esta velocidade é alcançada mais rapidamente para corpos leves e de grande área. Nesta prova pretende-se estudar o efeito da resistência do ar na queda de pequenas formas de papel. 3 Execução 1. Deixar cair sobre o sensor de movimento um conjunto de 5 formas de papel, a partir de uma altura de cerca de 1 m. Registar o movimento de queda do sonar e determinar a velocidade terminal do conjunto. Estimar a incerteza do valor obtido. 2. Fazer novas medições com conjuntos de 4, 3, 2 e 1 forma de papel. 3. A partir das medições efectuadas, determinar o coeficiente α para a lei de resistência que melhor se ajusta ao movimento das formas de papel no ar. 1
6 Nota sobre o uso do sonar: O sonar encontra-se já ligado ao sistema de aquisição de dados e não nececssita de ser configurado. O gráfico apresentado no ecrã representa a função x t do objecto em frente ao sonar. Para iniciar uma medida, accionar o botão start, para parar a medida o botão stop. A velocidade de aquisição do sonar é de 60 amostragens por segundo e não deve ser alterada. Existe um menu de funções matemáticas (ajuste de curvas, funções estatísticas) que se torna acessível accionando o botão com o ícone Σ. Um duplo clique sobre os eixos (x ou y) do gráfico permite redimensionar a escala. 2
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