1- grandezas físicas e suas medidas

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  Campus Alegrete- unipampa, Avenida Tiaraju, 810- , fone: (55) 34261052 CEP: 97546-550 - Ibirapuitã-Alegre te,RS. http://www.ufp.edu.br/alegrete/ 1 Grandezas físicas e suas medidas Objetivos - Grandezas físicas - Erros - Propagação Introdução Antes de discutirmos mais detalhadamente como expressar corretamente o resultado da medida de um grandeza e os vários problemas envolvidos no processo de medida, teremos que conceituar melhor o que vem a ser uma grandeza. Ao estudar um fenômeno físico qualquer interessa-nos entender como certas propriedades ou grandezas – associadas aos corpos – participam desse fenômeno. É possível traduzir-se a variação de certas propriedades ou comparar os diversos graus de intensidade com que as mesmas se manifestam em corpos materiais por meio de números a elas associados. Pode-se dizer que estas propriedades constituem- se nas grandezas físicas associadas aqueles corpos. A descrição meramente qualitativa dos fenômenos, embora necessária, é insuficiente para fins científicos ou técnicos. É preciso dar uma descrição quantitativa dos mesmos,traduzida através das chamadas “leis físicas”, as quais, geralmente, expressam relações entre grandezas físicas. As medidas de grandezas tais como volumes, massas, temperaturas,etc.,são expressas por apenas um único número seguido do “nome” da unidade correspondente. Uma grandeza deste gênero é chamada escalar. No entanto, expressão de leis físicas podem envolver grandezas de natureza mais complexa, como por exemplo a velocidade, a força, o momento de inércia de um corpo rígido,etc., cujas medidas são traduzidas por mais de um número (em geral matrizes de números). Doravante discutiremos apenas a respeito de grandezas escalares. Medida de uma grandeza O resultado de qualquer processo de medição de uma grandeza escalar é expressa por um número real chamaremos de valor da grandeza em questão. Este resultado é indicado como:  x x λ =  Onde λ  é o valor numérico da grandeza  x  e  x  representa uma grandeza da mesma espécie tomada como unidade, um “padrão” ou seus múltiplos e submúltiplos. Exemplo: a medida de determinado intervalo de tempo resultou em 0.5 t h =  Neste caso, λ =0.5 e  x = h (nome da unidade de tempo). Note-se que o valor numérico, isoladamente, não caracteriza a medida da grandeza x, porque o resultado da medida depende também de um fator arbitrário que é a escolha da unidade de medida. Exemplo: o mesmo intervalo de tempo referido anteriormente, se expresso em segundos, ficaria: t =1800 s Medidas diretas e indiretas de uma grandezas A medida direta de uma grandeza é o resultado da leitura de sua magnitude mediante o uso de um instrumento de medida como, por exemplo, a medida de um comprimento com uma régua graduada, a de uma corrente elétrica com um amperímetro, a de uma massa com uma balança ou de um intervalo de tempo com um cronômetro.

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Grandezas físicas e suas medidasObjetivos- Grandezas físicas- Erros- Propagação

Introdução

Antes de discutirmos mais detalhadamente como expressar corretamente o resultado da medida deum grandeza e os vários problemas envolvidos no processo de medida, teremos que conceituar melhor oque vem a ser uma grandeza.

Ao estudar um fenômeno físico qualquer interessa-nos entender como certas propriedades ougrandezas – associadas aos corpos – participam desse fenômeno. É possível traduzir-se a variação decertas propriedades ou comparar os diversos graus de intensidade com que as mesmas se manifestam em

corpos materiais por meio de números a elas associados. Pode-se dizer que estas propriedades constituem-se nas grandezas físicas associadas aqueles corpos.A descrição meramente qualitativa dos fenômenos, embora necessária, é insuficiente para fins

científicos ou técnicos. É preciso dar uma descrição quantitativa dos mesmos,traduzida através daschamadas “leis físicas”, as quais, geralmente, expressam relações entre grandezas físicas.

As medidas de grandezas tais como volumes, massas, temperaturas,etc.,são expressas por apenasum único número seguido do “nome” da unidade correspondente. Uma grandeza deste gênero é chamadaescalar.

No entanto, expressão de leis físicas podem envolver grandezas de natureza mais complexa, comopor exemplo a velocidade, a força, o momento de inércia de um corpo rígido,etc., cujas medidas sãotraduzidas por mais de um número (em geral matrizes de números).

Doravante discutiremos apenas a respeito de grandezas escalares.

Medida de uma grandeza

O resultado de qualquer processo de medição de uma grandeza escalar é expressa por um númeroreal chamaremos de valor da grandeza em questão. Este resultado é indicado como:

 x xλ =  

Onde λ  é o valor numérico da grandeza  x e  x representa uma grandeza da mesma espécietomada como unidade, um “padrão” ou seus múltiplos e submúltiplos. Exemplo: a medida de determinadointervalo de tempo resultou em

0.5t h∆ =

 Neste caso, λ =0.5 e  x= h (nome da unidade de tempo).Note-se que o valor numérico, isoladamente, não caracteriza a medida da grandeza x, porque o

resultado da medida depende também de um fator arbitrário que é a escolha da unidade de medida.Exemplo: o mesmo intervalo de tempo referido anteriormente, se expresso em segundos, ficaria:

t ∆ =1800 s

Medidas diretas e indiretas de uma grandezas

A medida direta de uma grandeza é o resultado da leitura de sua magnitude mediante o uso de uminstrumento de medida como, por exemplo, a medida de um comprimento com uma régua graduada, a de

uma corrente elétrica com um amperímetro, a de uma massa com uma balança ou de um intervalo detempo com um cronômetro.

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Uma medida indireta é a que resulta da aplicação de uma relação matemática que vincula agrandeza a ser medida com outras diretamente mensuráveis. Como exemplo, podemos citar a medida davelocidade média de um carro que percorreu um espaço  x∆ em um intervalo de tempo t ∆ :

v = x

∆ (1)

Erros de medidas – desvios 

Repetindo varias vezes a medida de uma mesma grandeza, encontraremos valores nem sempreiguais. As discrepâncias ou erros podem ser atribuídos a diferentes fatores, tais como:

•  O método de medida empregado;•  O instrumento utilizado;•  A habilidade do operador em efetuar a medida;•  O meio ambiente.

Erro absoluto e erro relativo

O erro é inerente ao próprio processo de medida, isto é, nunca será completamente eliminado.Poderá ser minimizado procurando-se eliminar o máximo possível as fontes de erros acima citadas.

O resultado da medida de uma grandeza  x é geralmente indicado na forma seguinte:* x x x= ±∆ (2)

onde x * é o valor observado em uma única medida ou o valor médio de uma série de medidas, e  x∆ éo erro ou incerteza de medida (erro absoluto).

O sinal±

na equação (2) indica que o valor de x está compreendido no intervalo( * ) ( * ) x x x x x−∆ ≤ ≤ +∆ (3)

Por exemplo, o valor da massa molecular do hidrogênio é expresso como

(1.0078 0.0005) H 

gm

mol= ±  

Apenas o conhecimento do erro absoluto de uma medida não é suficiente para caracterizar aprecisão da mesma. Por exemplo, uma barra metálica possui comprimento 1.00l m= . Ao medí-la, umobservador comete um erro de 2l mm∆ = ± . No entanto, ao medir uma distância de 1 km cometeu omesmo erro.

Na primeira medida o erro relativo foi de 2 partes em 10002

( )1000

l mm

l mm

∆= ou 0.2%, ao passo que

na segunda medida, o erro relativo foi de 2 partes em 10000002

( )1000000

l mm

l mm

∆= ou 0.0002%.

Vê-se claramente que o erro relativo é que expressa a precisão da medida e nos diz que a segundamedida foi feita com maior “rigor”, insto é, com métodos mais precisos, que a primeira.Provavelmente o seu custo também foi maior.

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Classificação dos errosSegundo sua natureza os erros são, geralmente, classificados como:1.  Grosseiros;2.  Sistemáticos;3.  Acidentais.

1.  Erros GrosseirosOcorrem devido à falta de prática (imperícia) ou distração do operador, por exemplo, erros de

leitura na escala de um instrumento, escolha errada de escala, erros de cálculo, etc. Podem ser evitadospela repetição cuidadosa das medições.

2.  Erros SistemáticosCaracterizam-se por ocorrerem e conservarem, em medidas sucessivas, o mesmo valor e sinal. 

Podem ter várias origens tais como: defeitos de instrumentos de medida, aplicação errônea do métodode medida, ação permanente de uma causa externa, maus hábitos do operador. Embora possível, nem

sempre tem fácil correção e, esta deve ser estudada em cada caso particular.3.  Erros Acidentais

São devidos a causas diversas e incoerentes, bem como a causas temporais que variam durante aobservação ou em observações sucessivas e que escapam a uma análise devido à suaimprevisibilidade.

Como principais fontes de erros acidentais podemos citar:

•  Os instrumentos de medida;•  Pequenas variações das condições ambientais (pressão, temperatura, umidade, fontes de ruídos,

etc.);

•  Fatores relacionados com o próprio observador sujeitos a flutuações, em particular a visão e aaudição.

Salvo poucas exceções, as medidas diretas se reduzem, em última instância, à leitura em escalasgraduadas. Ao efetuá-las, um observador se vê obrigado a “apreciar” ou “avaliar” o erro cometido naquelaleitura, geralmente uma fração da menor divisão da escala. Nesta estimativa está implícito certo erroacidental de apreciação, avaliação ou leitura.

A experiência mostra que, comumente, os erros acidentais se mantêm dentro dos limites fixadospelo erro de apreciação (o desvio avaliado). Por isso, de modo geral, quando se efetua uma medida umaúnica vez, adota-se o desvio avaliado como sendo o erro que afetará o resultado da mesma. Exemplo:medindo-se certo comprimento com uma escala milimetrada, um observador poderá estimar frações de0.5mm, (dependendo da situação, um observador hábil poderia estimar um erro menor). Se o observadorencontrar, para o referido comprimento, o valor de 9.5l cm= , ao informar o resultado de sua medida,deverá fazê-lo da seguinte forma:

(9.5 0.05)l cm= ± ou (95.0 0.5)l mm= ±  Os instrumentos de medida são, geralmente, graduados tendo-se o cuidado de não se marcar mais

divisões que as necessárias para uma indicação correta. Pode-se, então, admitir como regra geral, porémnão como dogma, que o erro inerente ao instrumento seja aproximadamente a metade da menor divisão

da escala. A regra acima não é, evidentemente, absoluta, isto é, não deve ser usada indistintamente em todos

os casos. Para certos instrumentos de precisão é permitida e praticada a avaliação de valores

compreendidos entre dois trações consecutivos, estimando-se um desvio maior que a metade da menordivisão. No caso de instrumentos digitais pode-se admitir que o erro recai sobre o primeiro dígito que

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flutua.

Precisão e exatidão de uma medidaDe um modo simples podemos dizer que:

•  Uma medida exata é aquela para a qual os erros sistemáticos são nulos ou desprezíveis;•  Uma medida precisa é aquela para a qual os erros acidentais são pequenos.

Medida direta de uma grandeza:como estimar o erro de uma medida.

A medida direta de uma grandeza  x com seu erro estimado pode ser feito de duas formas distintas:•  Medindo-se apenas uma vez a grandeza  x ;•  Medindo-se várias vezes a mesma grandeza  x sob as mesmas condições físicas.No primeiro caso, a estimativa do erro na medida,  x∆ , é feita a partir do equipamento utilizado tal

como discutido no item sobre erros acidentais e o resultado será dado por  x x± ∆ .Já no segundo caso, consideramos que foi feita uma série de  N  medidas para a grandeza  x .

Descontado os erros grosseiros e sistemáticos, os valores medidos  x 1,  x 2, ...., x N não são, geralmente,iguais entre si; as diferenças entre eles são atribuídas aos erros acidentais. O valor médio da grandeza queestá sendo medida é dado por:

1

 N i

i

 x x

 N =

=∑ (4)

Denomina-se desvio de uma medida a diferença:

i id x x= − (5)

e o desvio médio absoluto, d , é a média aritmética dos valores absolutos dos desvios,id  , ou seja,

1

 N i

i

d d 

 N =

=∑ (6)

Neste caso, a medida da grandeza  x será dada por  x x d  = ± .Costuma-se, nos trabalhos comuns de laboratório, realizar-se uma série de N medidas para a

grandeza a ser mensurada e representar o seu valor na forma.'

 x x x= ± ∆ (7)onde '

 x∆ pode ser tanto desvio médio absoluto, d , quanto o desvio avaliado no próprio equipamento

utilizado para a medida,  x∆ , escolhendo-se sempre o maior dos dois.Tomemos, como exemplo, a série de medidas do diâmetro de um fio, φ , feitas com um

instrumento cuja precisão é de 0.05cm:

φ  (cm) 2.05 2.00 2.05 2.10 1.95

O valor médio do diâmetro do fio, φ , resulta em

1

2.03 N 

i

i

cm N 

φ φ 

=

= =∑  

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Calculando o desvio médio absoluto, d , para este conjunto de dados encontramos

1

0.04 N 

i

i

d d cm

 N =

= =∑  

Como o desvio médio absoluto é menor que o erro do instrumento, tomamos o erro estimado namedida como sendo 0.05 cm:

(2.03 0.05)cmφ = ±  Caso a precisão do equipamento fosse de 0.01 cm, o resultado final da medida seria expresso com

o desvio médio absoluto:(2.03 0.04)cmφ = ±  

Propagação de erros em medidas indiretasA medida de uma grandeza é dita indireta quando sua magnitude e seu erro são calculados a partir

de uma operação matemática entre outras grandezas medidas diretamente.

Suponhamos que a grandeza V a ser determinada esteja relacionada com outras duas ou mais,através da relação( , ,...)V f x x y y= ± ∆ ± ∆ (8)

onde  f  é uma relação conhecida de , , ... x x y y± ∆ ± ∆  Um método usualmente aplicado e que nos dá o valor de V ∆ imediatamente em termos de

, ,..., x y∆ ∆ é baseado na aplicação de resultado do cálculo diferencial.A diferencial total de V nos dará

... f f 

dV dx dy x y

∂ ∂= + +

∂ ∂(9)

As diferenciais na equação (9) poderão ser substituídas pelos erros , , ,...,V x y∆ ∆ ∆ sempre que taiserros forem suficientemente pequenos:

... f f 

V x y x y

∂ ∂∆ = ∆ + ∆ +

∂ ∂(10)

Como os erros , , ..., x y∆ ∆ são procedidos do sinal ± , procurar-se-á obter o maior valor de V ∆ ,que é dado por:

... f f 

V x y x y

∂ ∂∆ = ∆ + ∆ +

∂ ∂(11)

A partir da equação (11), o aluno poderá obter as seguintes regras de propagação de erros, onde c en são constantes quaisquer e e é o número neperiano (e = 2.718...):

•  Adição: ( ) ( ) ( ) ( )V V x x y y x y x y± ∆ = ± ∆ + ± ∆ = + ± ∆ + ∆  

•  Subtração: ( ) ( ) ( ) ( )V V x x y y x y x y± ∆ = ± ∆ − ± ∆ = − ± ∆ + ∆  

•  Multiplicação: ( ) ( ) ( ) ( )V V x x y y x y x y y x± ∆ = ± ∆ ⋅ ± ∆ = ⋅ ± ⋅ ∆ + ⋅ ∆  

•  Multiplicação por uma constante: ( )V V c x x c x c x± ∆ = ⋅ ± ∆ = ⋅ ± ⋅ ∆  

•  Potência: 1( )n n nV V x x x n x x

−± ∆ = ± ∆ = ± ⋅ ⋅ ∆  

•  Divisão: 2

( ) 1( )

( )

 x x xV V x x y y

 y y y y

± ∆± ∆ = = ± ⋅ ⋅ ∆ + ⋅ ∆

± ∆ 

•  Cosseno: cos( ) cos( ) sin( )V V x x x x x± ∆ = ± ∆ = ± ⋅ ∆  

•  Seno: sin( ) sin( ) cos( )V V x x x x x± ∆ = ± ∆ = ± ⋅ ∆  

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•  Logaritmo:log ( )

log ( ) log ( ) cc c

eV V x x x x

 x± ∆ = ± ∆ = ± ⋅ ∆  

•  Exponencial:  ( ) ln( ) x x x xV V c c c c x±∆

± ∆ = = ± ⋅ ⋅ ∆  

onde todos os termos posteriores ao sinal ± são tomados em valor absoluto, ou seja, todos os termospertencentes ao erro são positivos e sempre se somam. Qualquer outra regra de propagação de erro poderáser obtida pelo mesmo método, bastando conhecer as derivadas parciais das funções que surgirem duranteo curso de laboratório.

O estudante não deve ficar impressionado com todas estas expressões, uma vez que, fatalmente, asentenderá melhor na sala de aula ou discutindo com seu professor.

Algarismos significativos

Suponhamos que uma pessoa ao fazer uma série de medidas do comprimento de uma barra, l, tem

obtido os seguintes resultados:- Comprimento médio, 92.8360l cm=  - erro estimado, l∆ = 0.312cm Como o erro da medida está na casa dos décimos de cm, não faz sentido fornecer os algarismos

correspondentes aos centésimos, milésimos de cm e assim por diante. Ou seja, o erro estimado de umamedida deve conter apenas o seu algarismo mais significativo. Os algarismos menos significativos deerro são utilizados apenas para efetuar arredondamento ou simplesmente são desprezados. Neste caso, l∆ ,deve ser expresso apenas por

l∆ = 0.3cm 

Os algarismos 9 e 2 do valor médio são exatos, porém o algarismo 8 já é duvidoso porque o erroestimado afeta a casa que lhe corresponde. Deste modo, os algarismos 3 e 6 são desprovidos designificado físico e não é correto escrevê-los; estes algarismos são utilizados para efetuar arredondamentoou simplesmente são desprezados. O modo correto de escrever o resultado final desta medida será então:

(92.8 0.3)l cm= ±  

Nos casos em que o erro da medida não é estimado devemos também escrever os algarismossignificativos da grandeza mensurada com critério.

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Tabela 1: Principais unidades do SI usadas em mecânica

Bibliografia

1.  F. P. Beer e E. R. Johnston Jr., “Mecânica Vetorial para Engenheiros: Estática”, Vol. 1, São Paulo,McGraw-Hill do Brasil, 1980.

2.  E. Creus e R. D. N. Piacentini, “Introduccion al trabajo em el laboratorio”. Departamento deFísica, Facultad de Ciencias Exactas e Ingenieria, Universidad Nacional de Rosario.

3.  H. M. Nussenzveig, “Curso de Física Básica: Mecânica”, Vol. 1, São Paulo, Edgard Blücher Ltda,1981.

4.  G. B. Rego e W. A. da Cunha, “Mecânica”, Vol. 1, São José dos Campos, Instituto Tecnológicode Aeronáutica, 1959.

5.  G. L. Squires, “Practical Physics”, Cambridge, Cambridge University Press, 1985.

6.  A. Timoner, F. S. Majorana e W. Hazoff, “Manual de Laboratório de Física: Mecânica, Calor eAcústica”, São Paulo, Edgard Blücher Ltda, 1973.

7.  M.W. White e K. V. Manning, “Experimental College Physics: A Laboratory Manual”, USA,McGraw-Hill Book Company, 1954.

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Tabelas e gráficosObjetivos

- Construção de tabelas;- Construção de gráficos;- Escalas especiais para construção de gráficos;- Determinação dos coeficientes angular e linear de uma reta obtida a partir de

dados experimentais.

Construção de tabelas e gráficosApós a realização de um experimento, geralmente temos em mãos um conjunto de dados (x,y) que

podem ser apresentados de duas formas distintas: utilizando uma tabela de dados e/ou um gráfico.As tabelas devem ser preparadas com muita clareza. Os nomes das grandezas tabeladas e suas

respectivas unidades deverão aparecer uma única vez como demonstrado nas tabelas apresentadas aseguir.De todas as maneiras possíveis de se apresentar a dependência entre duas variáveis, a

representação por meio de gráficos é a que mais se aproxima de nossa intuição.Os resultados experimentais são usualmente representados em gráficos e, por esta razão, devem ser

construídos na forma mais clara possível para quem lê o trabalho e não para quem o faz.Construa sempre seus gráficos obedecendo as seguintes regras gerais:

a.  Coloque titulo e comentário. É conveniente que a pessoa que irá folhear o seu trabalhopossa entender do que trata o gráfico sem recorrer ao texto. Faça uma análise dos títulose comentários das figuras deste texto e de outros livros, para ter uma idéia do tipo de

informação que eles podem ter.b.  Coloque a grandeza a ser representada e sua unidade, de maneira clara em cada eixo

coordenado. Fora disso, os eixos devem conter apenas os números necessários à leituradas divisões. Não coloque valores especiais. Se quiser ressaltar algum valor, faça-o naprópria curva, ou no eixo através de algum símbolo.

c.   Escolha as escalas de maneira a não se obter um gráfico mal dimensionado. Tomemoscomo exemplo, um carro em movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV), oqual parte da posição inicial, S0 = 1000 m, em repouso, com aceleração a = 2 m/s

2.Neste caso, sua equação horária será dada por:

2 2

0

1

10002S S at t  = + = + (MKS) (1)Um observador médio a posição, S, deste carro durante 10 s e montou a tabela 1.

Tabela 1: MRUVt(s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

S(m) 1000 1001 1004 1009 1016 1025 1036 1049 1064 1081 1100

Com estes dados em mãos ele construiu o gráfico S x t, figura 1. Inicialmente eleescolheu as escalas do gráfico na forma indicada pela figura 1A, a qual indicava,visualmente, uma informação confusa, ou seja, a de que a posição, S, do carro variava

linearmente em função do tempo, t. Redimensionando adequadamente as escalas, eleobservou o resultado esperado, uma parábola, figura 1B.

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9

 d.  A linha que passa pelos pontos é uma contribuição subjetiva do observador às medidas.

Esta não deve ser mais proeminente que os próprios pontos. Se a curva for uma reta,trace a linha de tal maneira que a distância média entre os pontos seja mínima, figura 2.

e.  Quando necessário, pode-se indicar o intervalo de confiança das medidas com auxíliode barras, figura 3.

f.  Se os pontos provirem de diversas séries de medidas diferentes, é convenientedistingui-los usando símbolos diferentes tais como: círculo, quadrados,asteriscos,triângulos, etc. Isto também deve ser feito quando desejamos colocar, em apenas umpapel, uma família de curvas. Em ambos os casos, deve-se explicar o significado dossímbolos em uma legenda.Para exemplificar esta sugestão, vamos supor que um cientista observou a altura, h, deum corpo em queda livre partindo do repouso, a uma dada altura h0 = 500 m, em funçãodo tempo, t , em duas situações distintas: na terra e na Lua, onde as acelerações

gravitacionais são diferentes e dadas, respectivamente, por2

9.8 /  T g m s= e21.6 /   Lg m s= . Os resultados por ele obtidos estão apresentados na Tabela 2 e figura 4.

Figura 1: Gráficos de posição, S, de um corpo em movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV),

em função de tempo, t, construídos com escalas diferentes.

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Figura 4: Gráfico de queda livre de um corpo em duas situações distintas: na Terra e na Lua.

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 Escalas

Nos gráficos, a linha que une os diferentes pontos assinalados é uma curva que pode, em algunscasos, ser representada por uma função conhecida. Logicamente, o gráfico mais fácil de ser traçado eanalisado é uma reta. Logo, nos casos onde existe a possibilidade de previsão da forma da função, écomum efetuarem-se transformações em uma ou ambas variáveis, de modo a se obter uma reta.

Vejamos os três casos mais utilizados no decorrer do curso de laboratório:Caso 1: Supondo que os dados tabelados e graficados nos façam suspeitas de uma função do tipo:

n y ax b= + (2)

a qual obviamente não corresponde a uma reta quando graficamos   y x× .

Porém, quando graficamos y contra a nova variável n z x= , obtemos uma reta na forma

 y az b= + (3)Cujo coeficiente angular é a constante a.

Tomemos como exemplo, a queda livre de um corpo medida tanto na Terra como na Lua. Asequações horárias da altura, h, como em função do tempo, t, para os dois casos são dadas por:

21500 ( )

2T T h g t MKS= − (4)

e21

500 ( )2 L L

h g t MKS= − (5)

Ambas equações, (4) e (5), representam parábolas, figura 4. Para transformá-las em retas bastagraficar hT e hL em função da nova variável 2

 z t = . Teremos agora,1

500 ( )2

 Z 

T h gT MKS= − (6)

e1

500 ( )2

 z

 L Lh g MKS= − (7)

Onde ambas equações representam retas, figura 5, com os coeficientes angulares, a, dados por1

2T T a g= − (8)

e1

2 L La g= − (9)e nos fornecem diretamente as acelerações gravitacionais da Terra e da Lua.

Caso 2: Quando estamos trabalhando com funções do tipo da equação (2) porém com b=0,n y ax= (10)

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Figura 5: Gráfico da queda livre de um corpo, com hxt2, em duas situações distintas: na Terra e na Lua.

Podemos transformar esta função em uma reta através de outra mudança de coordenadas, tomando Y= log(y) e X = log (x). quando realizamos esta transformação a equação (10) transforma-se em

Y Ax B= + (11)Para esta reta, equação (11), o coeficiente angular, A, corresponde ao expoente da função, A=n, e o

coeficiente linear é dado por B = log(a). Utiliza-se para representar esta função, um papel com escalaslogarítmicas ao longo dos eixos coordenados e, por esta razão, é denominado papel dilogarítmico ou dilog.Para exemplificar este caso, tomemos um caso hipotético que representa um fenômeno físico qualquer querelaciona as grandezas y e x da seguinte forma:

310 y x= (12)

O gráfico em um papel com as duas escalas lineares, denominado papel milimetrado, resulta nacurva apresentada na figura 6A. Fazendo o gráfico em papel dilogarítmico, o mesmo resulta na retadescrita pela expressão

log( ) 3.log( ) log(10) y x= + (13)E apresentada na figura 6B.

Caso 3: Finalmente, existe um terceiro tipo de função que aparecerá constantemente no decorrer docurso que é a função exponencial.

. kx y a e= (14)

Figura 6: gráficos em papéis milimetrado (A) e dilogarítmico (B) para a função 310 y x= .Neste caso, fazendo a transformação de coordenadas

ln( ) y y= (15)

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Teremos como resultado a nova funçãoln( ) y kx a= + (16)

Logo, graficando a função exponencial, equação (14), em um gráfico cujo eixo vertical possui uma

escala logarítmica e o eixo horizontal tem escala linear, papel monologatítmico ou monolog, ela se tornauma reta com coeficiente angular dado pela constante k e coeficiente linear dado por ln(a). Tomemoscomo exemplo, a função exponencial dada por

0,255.  x y e−= (17)

Cujos gráficos em papéis milimetrado e monologarítmico estão mostrados na figura 7.Os papéis com escalas logarítmicas, mono ou dilogarítmico, também são convenientes à

representação de funções cujos intervalos de definição cobrem diversas potências de 10, sem quenecessariamente se tenha uma reta como resultado final.

Determinação dos coeficientes angular e linear de uma reta obtida a partir dedados experimentais

Se aos dados experimentais (X,Y), graficados em um papel qualquer, seja ele milimetrado,monologarítmico ou dilogarítmico, pudermos associar uma reta do tipo

Y Ax B= + (18)Tal como fizemos na figura 2, podemos determinar, graficamente, os valores dos coeficientes angular elinear, A e B respectivamente, com o seguinte procedimento:

2 1

2 1

Y Y  A

 X X 

−=

−(19)

e

3 B Y = (20)

Onde ( 1 1 2 2( , ) ( , ) X Y e X Y  são pares de pontos pertencentes a reta previamente escolhida e Y3 corresponde àleitura no gráfico onde a reta intercepta o eixo Y, figura 8.Podemos reescrever as equações (19) e (20), adequando-as aos tipos diferentes de gráficos

utilizados: monolog ou dilog.No caso do papel monolog, sendo o eixo Y com escala logarítmica, podemos escrever as equações

(19) e (20) nas formas

2 1

2 1

[log( ) log( )]

( )

 y y A

 X X 

−=

−(21)

Figura 7: Gráficos em papéis milimetrado (A) e monologarítmico (B) para a função.

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Figura 8: Representação dos pontos pertencentes a melhor reta ajustada aos pontos experimentais.

3log( ) B y= (22)Caso contrário devemos fazer

2 1

2 1

( )

[log( ) log( )]

Y Y  A

 X X 

−=

−(23)

e

3log( ) B y= (24)

Para o papel dilog, onde os dois eixos são logarítmicos, temos

2 1

2 1

[log( ) log( )]

[log( ) log( )]

 y y A

 X X 

−=

−(26)

Em todos os casos, equações (21) e (26), os termos com letras minúsculas, x e y, representam osdados experimentais antes de sofrerem a transformação logarítmica. As escalas logarítmicas são válidaspara qualquer base porém, utilizamos geralmente as bases: 10 e (número neperiano = 2,718....).