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Relatório I: Determinação do diâmetro de uma gota em queda livre. Técnica de Pesquisa Experimental
Discentes: Fernando Ribeiro Alves Guilherme de Souza Oliveira Rafael Gon Ricardo da Silva Nunes
Prof. Dr. EDSON DEL RIO VIEIRA
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 2º SEMESTRE – AGOSTO/2010
Unesp Universidade Estadual Paulista “ Júlio de Mesquita Filho” Campus Ilha Solteira-SP Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
FERNANDO RIBEIRO ALVES GUILHERME DE SOUZA OLIVEIRA RAFAEL GON RICARDO DA SILVA NUNES
DETERMINAÇÃO DO DIÂMETRO DE UMA GOTA
Relatório referente ao experimento realizado para determinação do diâmetro de uma gota, realizado no dia 17/08/10, para avaliação complementar da disciplina de Técnicas de Pesquisa Experimental do curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Unesp FEIS – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, disciplina ministrada pelo Prof. Dr. Edson Del Rio Vieira.
ILHA SOLTEIRA – SP 2010
Objetivos: Através de métodos fotográficos e matemáticos, determinar o diâmetro de uma gota de um fluído em queda livre.
Unesp Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Campus – Ilha Solteira/SP Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Técnica de Pesquisa Experimental
1. Introdução Ao se tratar de meios de pesquisa científicos, há uma necessidade de comprovar e mensurar dados através de experimentos. Como no exemplo passado em aula sobre o experimento iniciado por J.J. Thonson em 1897 e posteriormente realizado de forma mais precisa por Millikan e Begeman em 1909, a fim de determinar o valor da carga do elétron. Grandes dificuldades apareceram durante este experimento, porém, uma delas foi a determinação do diâmetro da gota de óleo utilizada no experimento. Para entendermos melhor tais dificuldades, realizaremos um experimento com uma gota de um fluído de tamanho maior em relação ao do experimento de Milikan, a fim de determinar o diâmetro da mesma.
2. Procedimentos e Resultados A partir do caso proposto da medição do diâmetro de uma gota em queda livre através de métodos fotográficos, chegou-se a um consenso de que o uso de um laboratório permitiria um resultado mais preciso e para isso foi agendado o experimento nas dependências do laboratório de química do Unisalesiano-Araçatuba. Com o uso de um aparato desenvolvido pelo grupo a fim de que possibilitasse uma melhor visualização, seguindo as seguintes características:
Figura.01- Aparato com régua graduada
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O fluído utilizado foi uma solução composta de água e o corante azul de metileno, assim possibilitando um melhor contraste em relação ao fundo branco do aparato usado no experimento. A solução apresenta uma cor azul claro, como a figura.02 ilustra:
Figura.02- Solução de H2O+Azul de metileno.
A câmera fotográfica de modelo Sony DSC-H50 9.1 Megapixel, utilizada no experimento, foi posicionada de acordo com o diagrama da figura abaixo:
Figura.03- Posicionamento da câmera fotográfica.
Para a calibração dos equipamentos foi feito através de comparação da fotografia de uma esfera de aço de diâmetro igual a 7,85 mm como a figura.04 ilustra:
Figura.04- Esfera de aço.
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Com base nos equipamentos montados, foram feitas as fotografias a fim de se observar a gota em queda livre, após várias fotografias, conseguiu-se algumas fotografias com a gota atravessando a escala graduada, como a figura.05 mostra:
Figura.05- Gotas fotografadas em queda livre.
Das três imagens acima, a que mais se aproxima da forma esférica é a terceira, sendo que pela escala da régua visualiza-se que o diâmetro com relação verticalmente perpendicular ao plano de referência, está em um valor próximo de cinco milímetros, como a precisão da régua é de um milímetro, o valor adotado para o diâmetro da gota é de cinco milímetros. Em contra prova a estes valores mensurados, foi utilizado outro meio para se obter o diâmetro das gotas. Através de relações entre volume, massa e densidade do fluído, assim como o equacionamento abaixo:
Volumeesfera:
(2.01)
Densidade da solução de H2O+Azul de metileno:
(2.02)
→
(
)
(2.03) 5
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Primeiramente, com volume de 30 ml e massa da solução de 28,0270 gramas, a uma temperatura de 23°C, como a figura.06 mostra, determinou-se a densidade desta solução:
[
]
(2.04)
Figura.06- Solução H2O+Azul de metileno à 23°C .
A partir destes dados, foram coletadas trinta amostras de massa de gotas efetuadas com o mesmo conta-gotas e a partir destas massas, substituindo-se os valores em 2.03, encontrou-se valores de diâmetro em relação a massa, de acordo com a tabela abaixo: Amostra
Diâmetro (mm)
Amostra
0,0401
4,34407499
16
0,05
4,67561982
0,0527
4,758309949
17
0,0552
4,832392653
3
0,0559
4,852733692
18
0,0537
4,788218402
4
0,0593
4,94918955
19
0,0505
4,691153555
5
0,0577
4,904271002
20
0,0578
4,907102567
6 7
0,0481
4,615628875
0,0489
4,641077378
0,0456
4,53423617
21 22
0,0519
4,734109607
8
0,0501
4,678734824
23
0,0561
4,858514202
9
0,0547
4,817757819
24
0,0539
4,794155443
10
0,0551
4,829472778
25
0,0496
4,663118103
11
0,028
3,853912646
26
0,0535
4,782266602
12
0,0507
4,697338339
27
0,0516
4,724970377
13
0,0485
4,628388108
28
0,0532
4,773311025
14
0,0474
4,593128934
29
0,0529
4,764321718
15 30 0,0563 4,86428099 0,0515 Tabela.01- Relação massa-diâmetro de gotas amostradas.
4,721916096
1 2
Massa (g)
Massa (g)
Diâmetro (mm)
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Para os valores de diâmetro em relação à massa apresentados na tabela.01, obteve-se as seguintes variações:
Diâmetro médio: 4,71 [mm]
Desvio Padrão: ± 0,204 [mm]
Desvio Padrão em %: ± 4,33%
3. Equipamentos e materiais utilizados A seguinte relação de equipamentos foi utilizada para a realização deste experimento:
Aparato em acrílico branco nas dimensões de 300 mm x 130 mm x 140mm;
Régua graduada transparente de 300 mm;
Câmera fotográfica Sony DSC-H50 9.1 Megapixel;
Tripé para câmera fotográfica;
Balança de Precisão – Bioprecisa FA-2104N;
Termômetro de Hg – Faixa -10ºC à 110ºC;
Micrômetro Digimess – 0 à 25 mm precisão de 0,01 mm;
Béquer graduado 100 ml;
Conta-gotas graduado;
Placa de petri;
Corante Azul de Metileno;
Água;
Esfera de aço com diâmetro de 7,85 mm,
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Conclusão Através dos dados obtidos através das fotografias das gotas e em comparação com a régua graduada e em contra prova se usando da relação que há entre a densidade, massa e volume, foi possível chegar-se a um valor próximo de cinco milímetros, o mesmo encontrado através das fotografias, porém não tão preciso.
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