Questões laboratoriais
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🧲 Física · 10.º ano · Atividades Laboratoriais
AL 1.1 │ Movimento num plano inclinado: variação da energia cinética e distância percorrida
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📝 14 exercícios
Os exercícios essenciais do tema, no estilo dos exames nacionais e dos testes intermédios, com o grau de dificuldade de cada um. Clica numa opção para ver logo se acertaste e abre a Resolução para perceberes o raciocínio completo.
📘 Resumo da matéria
Antes de começares, revê Atividade laboratorial AL 1.1 – laboratório virtual.
1Fácil Qual é o instrumento mais adequado para medir a largura do cartão (5,00 cm) com maior rigor?
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- (A) fita métricaFalsa. A fita métrica tem divisão de 1 mm (incerteza de leitura 0,5 mm): numa largura de 50 mm dá uma incerteza relativa de 1 %, pior que a do paquímetro.
- (B) paquímetroVerdadeira. O paquímetro tem resolução de 0,05 mm (ou 0,1 mm): é o mais rigoroso para uma largura de 5 cm.
- (C) cronómetroFalsa. O cronómetro mede intervalos de tempo, não comprimentos.
- (D) dinamómetroFalsa. O dinamómetro mede forças.
2Fácil Indica a incerteza de leitura de uma régua graduada em milímetros (instrumento analógico) e de um cronómetro digital com resolução de 0,1 ms.
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- RéguaInstrumento analógico: metade da menor divisão = 1 mm/2 = ± 0,5 mm.
- CronómetroInstrumento digital: a menor divisão = ± 0,1 ms.
3Fácil Para cada distância d, mediram-se três tempos de passagem: 40,2 ms, 40,6 ms e 39,9 ms. Indica o valor mais provável, a incerteza de observação e o desvio percentual (incerteza relativa) e explica por que razão se repetem as medições.
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- 📐 Fórmulasx̄ = Σ xin · u = máx |xi − x̄| · ur = ux̄ × 100
- MédiaValor mais provável: Δt̄ = 40,2 + 40,6 + 39,93 = 40,2 ms.
- Incerteza de observaçãoDesvios: 0,03; 0,37; 0,33 ms ⇒ incerteza de observação u = 0,4 ms ⇒ Δt = (40,2 ± 0,4) ms.
- Incerteza relativaDesvio percentual: ur = 0,3740,23 × 100 ≈ 0,9 %.
- Porquê repetirRepetir as medições e usar a média reduz o efeito dos erros aleatórios (que ora aumentam, ora diminuem o valor).
4Médio Justifica por que razão o cartão deve estar perpendicular ao feixe da célula e ser opaco e estreito.
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- RespostaOpaco: o cronómetro só dispara se o feixe for realmente interrompido. Perpendicular ao feixe: assim o tempo medido corresponde à largura D conhecida. Estreito: o intervalo é muito curto e a velocidade média no cartão aproxima-se da velocidade no instante em que passa na célula.
5Médio Porque é que o carrinho deve ser largado sem impulso, isto é, com velocidade inicial nula?
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- 📐 FórmulasΔEc = Ec,f − Ec,i
- RespostaPara que ΔEc = ½ m v² (a energia cinética inicial é nula) e a resultante atue ao longo de toda a distância d a partir do repouso.
6Médio Classifica cada grandeza como medida direta ou indireta: massa do carrinho, largura do cartão, tempo de passagem, velocidade, energia cinética, declive do gráfico.
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- RespostaDiretas: massa (balança), largura do cartão (paquímetro), tempo de passagem (cronómetro). Indiretas: velocidade (D/Δt), energia cinética (½ m v²), declive (regressão).
7Médio Para obter sen θ mediu-se a altura h = 24,0 cm numa calha de 1,20 m. Calcula sen θ e o ângulo.
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- 📐 Fórmulassen θ = hL
- Respostasen θ = 0,2401,20 = 0,200; θ = arcsen 0,200 = 11,5°.
8Médio Pretende-se estudar a influência da massa no declive de ΔEc(d). Que variáveis se devem manter constantes?
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- RespostaMantêm-se: o ângulo do plano, a superfície (atrito), a posição da célula e as distâncias d. Varia-se só a massa (variável independente); mede-se o declive (variável dependente).
9Médio Como se pode estimar a força de atrito a partir dos resultados?
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- 📐 FórmulasFa = m g sen θ − declive
- RespostaO declive do gráfico ΔEc(d) é FR. Compara-se com o valor ideal m g sen θ: a diferença é a força de atrito.
10Médio Que grandezas se devem representar para obter uma reta que passe na origem?
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- (A) v(d)Falsa. De v² = 2 a d resulta v = 2 a d: uma curva (raiz quadrada), não uma reta.
- (B) ΔEc(d)Verdadeira. ΔEc = FR d é linear e passa na origem (também v²(d)).
- (C) d(v)Falsa. d = v²/(2 a): é uma parábola.
- (D) Δt(d)Falsa. Δt = Dv ∝ 1d: curva decrescente, que nem passa na origem.
11Difícil O declive experimental foi 0,86 N e o valor teórico (sem atrito) 1,02 N. Calcula o erro percentual e indica a causa mais provável.
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- 📐 FórmulasEr = |xexp − xref|xref × 100
- ErroEr = |0,86 − 1,02|1,02 × 100 = 16 %.
- CausaErro sistemático (todos os valores de ΔEc ficam abaixo do ideal): o atrito dissipa parte da energia.
12Difícil O cartão tem D = (5,00 ± 0,05) cm e Δt = (38,5 ± 0,1) ms. Calcula a velocidade e a sua incerteza relativa.
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- 📐 Fórmulasv = DΔt · δvv ≈ δDD + δtt
- Velocidadev = 0,050038,5×10-3 = 1,299 m s-1.
- Incerteza0,0550,0 + 0,138,5 = 0,10 % + 0,26 % ≈ 0,36 % ⇒ v = (1,299 ± 0,005) m s-1.
13Médio Na célula, a medida do tempo é feita com um cartão de largura finita, enquanto o carrinho acelera. Que velocidade se obtém realmente?
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- RespostaUma velocidade média num intervalo de tempo muito curto (o da passagem da tira), que se aproxima da velocidade naquela posição. Quanto mais estreita a tira, mais curto o intervalo e melhor a aproximação; por isso se usa sempre a mesma tira estreita.
14Difícil Explica por que razão, em experiências reais, a reta ΔEc(d) pode não passar exatamente na origem.
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- RespostaErros sistemáticos: posição da célula ou de d mal definidas (desvio constante), impulso inicial na largada, atrito estático inicial. Erros aleatórios também deslocam os pontos. A ordenada na origem deve ser compatível com zero dentro da incerteza.
➡️ A seguir
Termina com as questões práticas (cálculos).
