Atividades laboratoriais de Física

Exame Nacional 2017, 1.ª fase — Grupo V, itens 1.1, 1.2.1, 1.2.2, 1.3

A Figura 3 representa uma montagem que foi utilizada na determinação experimental do módulo da aceleração gravítica.

Nos vários ensaios realizados, abandonou-se uma esfera sempre da mesma posição inicial, imediatamente acima da célula fotoelétrica A.

1. Numa primeira experiência, mantendo as células fotoelétricas à mesma distância uma da outra, mediu-se o tempo que a esfera demorou a percorrer a distância entre as células A e B, \({t}_{A\to B}\), e o tempo que a esfera demorou a passar em frente da célula B, \({t}_{B}\).

a) [★] Num conjunto de ensaios, realizados nas mesmas condições, obtiveram-se os valores de \({t}_{B}\) apresentados na tabela seguinte.

Qual é, para esse conjunto de ensaios, o resultado da medição de \({t}_{B}\)?

(A) \({t}_{B}=\left( 8,80\pm 0,01 \right) \text{ms}\)

(B) \({t}_{B}=\left( 8,80\pm 0,06 \right) \text{ms}\)

(C) \({t}_{B}=\left( 8,80\pm 0,05 \right) \text{ms}\)

(D) \({t}_{B}=\left( 8,80\pm 0,04 \right) \text{ms}\)

b) [★] Num dos métodos utilizados, determinou-se o valor aproximado do módulo da velocidade da esfera no instante em que esta se encontra em frente da célula fotoelétrica B, \({v}_{B}\), dividindo o diâmetro da esfera por \({t}_{B}\).

Ao determinar \({v}_{B}\) por este método, que aproximação se faz?

c) [★★] O cálculo de \({v}_{B}\) pressupõe que a esfera interrompe o feixe luminoso da célula B pelo seu diâmetro. No entanto, um erro experimental frequente decorre de a esfera interromper, de facto, o feixe luminoso por uma dimensão inferior ao seu diâmetro.

Quando este erro ocorre, o valor de \({v}_{B}\) calculado é ____________ ao verdadeiro, o que determina um erro por ____________ no valor experimental do módulo da aceleração gravítica.

(A) superior … excesso

(B) superior … defeito

(C) inferior … excesso

(D) inferior … defeito

d) [★] No cálculo do módulo da aceleração gravítica, que valor deverá ser considerado para o módulo da velocidade da esfera no instante em que esta se encontra em frente da célula fotoelétrica A?

Exame Nacional 2017, 1.ª fase — Grupo V, item 2

A Figura 3 representa uma montagem que foi utilizada na determinação experimental do módulo da aceleração gravítica.

Nos vários ensaios realizados, abandonou-se uma esfera sempre da mesma posição inicial, imediatamente acima da célula fotoelétrica A.

Numa segunda experiência, variando a distância entre as células A e B, foi possível determinar o módulo da aceleração gravítica a partir do gráfico do quadrado do tempo que a esfera demorou a percorrer a distância entre as células, \({t}_{A\to B}^{2}\), em função da distância percorrida, \(\Delta y\).

A partir dos valores obtidos, determinou-se a equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de pontos do gráfico:

\[{t}_{A\to B}^{2}=0,198\,\Delta y-0,001 \left( \text{SI} \right)\]

Determine o erro percentual (erro relativo, em percentagem) do módulo da aceleração gravítica obtido nesta experiência, tomando como referência o valor \(9,8 {\text{m s}}^{-2}\).

Apresente todas as etapas de resolução.

Exame Nacional 2022, época especial — item 5.1.2

No âmbito da agricultura inteligente (ou smart farming), aposta-se na hidroponia, uma técnica de cultivo de espécies vegetais que não necessita de solo e em que se usam ferramentas tecnológicas. Esta forma de cultivo mais sustentável pode ser implantada em meio urbano, permite economizar água e reforça a segurança alimentar.

Para determinar o comprimento de onda da componente espectral de maior intensidade da radiação emitida por um LED, realizou-se uma atividade experimental de difração.

A montagem experimental está esquematizada na Figura 8.

Com uma rede de difração de 1000 linhas por mm, situada a uma dada distância, \(L\), do LED ligado, observa-se um espectro, estando a cor da componente espectral de maior intensidade a uma dada distância, \(b\), do LED.

O comprimento de onda, \(\lambda \), da componente espectral de maior intensidade pode ser obtido a partir da expressão

\[d\,\sin \theta =n\,\lambda \]

em que:

– \(n\) corresponde à ordem do máximo (o primeiro máximo visível tem \(n=1\)); – \(d\) representa a distância entre o centro de duas linhas consecutivas na rede de difração; – \(\theta \) representa o ângulo entre a direção perpendicular à rede de difração e a direção entre o observador e o primeiro máximo da componente espectral.

Num dos ensaios realizados, mediu-se uma distância \(L\) de \(150 \text{mm}\) e obteve-se uma distância \(b\) de \(72 \text{mm}\).

Calcule o comprimento de onda da componente espectral de maior intensidade do LED.

Apresente todos os cálculos efetuados.

Exame Nacional 2024, 1.ª fase — item 8.1

Um professor desafiou os alunos a planearem uma experiência, para determinar um valor aproximado da velocidade de propagação do som no ar, utilizando um apito, uma lanterna, uma fita métrica e um cronómetro.

Dois alunos, A e B, planearam uma experiência em que, para minimizar os erros experimentais, estariam suficientemente afastados um do outro, numa zona plana e livre de obstáculos.

Descreva um procedimento experimental que permita aos dois alunos obterem o módulo da velocidade de propagação do som no ar, respeitando as condições indicadas.

Considere apenas um ensaio.

Apresente um texto bem estruturado e utilize linguagem científica adequada.

Exame Nacional 2020, 1.ª fase — Grupo I, itens 3.1, 3.2.2

3. Os tempos de descida da esfera sobre o plano inclinado foram medidos indiretamente a partir dos volumes de água vertidos por uma bureta. Assim, em cada ensaio realizado, abriu-se a torneira da bureta no instante em que a esfera foi largada sobre o plano inclinado e fechou-se a torneira da bureta no instante em que a esfera atingiu a base do plano.

a) [★] Na Figura 2, reproduzem-se duas fotografias (I e II) de parte da bureta, graduada em cm³, nas quais se observa o nível da água no início (I) e no final (II) de um dos ensaios.

Qual foi o volume de água escoado nesse ensaio?

Apresente o valor solicitado com o número correto de algarismos significativos.

b) [★★★] Considere que, nos ensaios realizados, a bureta vertia, aproximadamente, \(1,6 {\text{cm}}^{3}\) de água em cada segundo.

Na tabela seguinte, estão registadas as distâncias, \(d\), percorridas pela esfera, largada de diferentes posições sobre o plano inclinado, e os volumes, \(V\), de água vertidos até a esfera atingir a base do plano.

Determine o módulo da aceleração da esfera, em \({\text{m s}}^{-2}\), a partir da equação da reta de ajuste a um gráfico adequado.

Na resposta:

– apresente uma tabela com os valores a utilizar na construção do gráfico, identificando as variáveis consideradas; – apresente a equação da reta de ajuste a esse gráfico; – calcule o valor solicitado.

Explicite o seu raciocínio, indicando todos os cálculos efetuados.

Exame Nacional 2021, 1.ª fase — item 4

Fez-se incidir um feixe de luz laser, que se propagava no ar, numa lâmina de um vidro, segundo cinco ângulos de incidência, \({\alpha }_{inc}\). Para cada ângulo de incidência, mediu-se o correspondente ângulo de refração, \({\alpha }_{ref}\). As amplitudes dos ângulos \({\alpha }_{inc}\) e \({\alpha }_{ref}\) estão registadas na tabela.

Determine o índice de refração daquele vidro.

Na resposta, apresente:

– uma tabela com os valores a utilizar na construção do gráfico, identificando as variáveis consideradas; – a equação da reta de ajuste a um gráfico adequado; – o cálculo do valor solicitado, a partir da equação da reta de ajuste.

Apresente todos os cálculos efetuados e o resultado com três algarismos significativos.

Exame Nacional 2026, 1.ª fase — item 8.1

Jorge Dias de Deus, no livro Galileu e a Parábola, explicou que Galileu não teria conseguido atingir o rigor obtido nas suas medições largando bolas metálicas do cimo da torre de Pisa e que «na prática, ele estudou a descida de esferas […] numa tábua inclinada em certo ângulo com o chão».

Considere que as esferas em análise podem ser representadas pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).

Numa das experiências, Galileu largou uma esfera metálica de uma altura, \(h\), e mediu a distância percorrida sobre uma tábua de \(1,50 m\) de comprimento durante \(1,0 s\), \({d}_{\Delta t=1,0\,s}\), tal como se esquematiza na Figura 6, que não está à escala.

Galileu repetiu este procedimento para alturas diferentes. A tabela seguinte, adaptada do livro referido, apresenta os registos experimentais obtidos. A razão \(\frac{h}{1,50}\) exprime a inclinação da tábua em cada ensaio.

Determine o módulo da aceleração gravítica nas condições em que Galileu realizou a experiência.

No tratamento de dados, tal como Galileu, não considere o contributo da força de atrito.

Na sua resposta:

– deduza uma expressão matemática que relacione \({d}_{\Delta t=1,0\,s}\) com \(\frac{h}{1,50}\); – apresente a equação da reta de ajuste ao gráfico de \({d}_{\Delta t=1,0\,s}\) em função de \(\frac{h}{1,50}\); – calcule, a partir da equação da reta de ajuste, o valor solicitado, com dois algarismos significativos.

Apresente todos os cálculos efetuados.

Areal, Prova-modelo n.º 2 — Grupo VI, itens 1, 2, 3

Numa aula laboratorial de Física, um grupo de alunos pretendia estudar o movimento de um carrinho de atrito reduzido, com \(0,950 \text{kg}\), ao longo de uma calha horizontal. Na figura, que não está à escala, encontra-se representada uma montagem semelhante à utilizada pelos alunos.

O carrinho, com uma tira opaca estreita de comprimento \(ℓ\), percorre a calha horizontal ligado por um fio a um corpo suspenso de massa \(0,400 \text{kg}\), que cai na vertical. O fio apresenta um comprimento tal que permite que o corpo suspenso embata no solo antes de o carrinho chegar ao fim da calha.

Os alunos registaram o tempo de passagem do carrinho na célula fotoelétrica, \(\Delta t\), em diferentes pontos do percurso, assim como o tempo total decorrido entre o momento em que o carrinho é largado pelo eletroíman, até à passagem pela célula fotoelétrica, \(\Delta {t}_{\text{total}}\).

Após a recolha dos dados determinaram o valor da velocidade do carrinho ao atravessar a célula fotoelétrica, em várias posições, e construíram o gráfico da velocidade em função do tempo.

Considere que o carrinho pode ser representado pelo seu centro de massa.

a) [★] Para medir o comprimento, \(ℓ\), da tira opaca estreita utilizou-se uma régua com uma escala cuja menor divisão é \(1 \text{mm}\). Qual é a incerteza de leitura associada à medição do comprimento em unidades do SI?

b) [★★] Considerando \({t}_{\text{solo}}\) o instante em que o corpo suspenso embate no solo, qual é o gráfico da velocidade em função do tempo que traduz o movimento do carrinho ao longo da calha?

c) [★★★] Num dos ensaios realizados, o carrinho percorreu \(0,600 m\) até a tira opaca passar pela célula fotoelétrica tendo-se registado um \(\Delta t\) de \(0,070 s\).

Determine a intensidade da resultante das forças que atuaram no carrinho.

Apresente todas as etapas de resolução.