AFERINDO VISCOSIDADE EM TRÊS ETAPAS: USANDO UMA MÁQUINA DE ATWOOD COM PHYPHOX, SENSORES E O TRACKER

## AFERINDO VISCOSIDADE EM TRÊS ETAPAS: USANDO UMA MÁQUINA DE ATWOOD COM PHYPHOX, SENSORES E O TRACKER

## QUINTÃO, Juliana Silva 1,2 , SILVA, R. P. 1,3 , LANDEIRA, J. E. P.C. 1,4 , GONÇALVES, B. 5

¹ Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais - campus Juiz de Fora / Laboratório de

Inovação Tecnológica

² jujuliana.quintao@gmail.com

³ 75fael@gmail.com

4 landeirajessica@gmail.com

5 Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais - campus Juiz de Fora / Titular do Departamento de Física / Coordenador do Laboratório de Inovação Tecnológica,

bruno.goncalves@ifsudestemg.edu.br

Palavras-chave: Viscosidade; Phyphox; Tracker.

## Resumo expandido:

- O intento deste trabalho é validar o aplicativo Phyphox como ferramenta de precisão para estimar a viscosidade de um fluido, através da velocidade de queda de uma esfera neste líquido. Por meio da medida de tempo que a esfera leva para percorrer um tubo vertical, preenchido com a substância a ser caracterizada, é inferida a velocidade. 1 É sabido que, um corpo em queda, abandonado do repouso, mesmo que sob a aceleração gravitacional, atinge uma velocidade limite devido à ação das forças restritivas do meio, como o atrito ou arraste. Com isso, se faz necessário avaliar o instante em que a esfera atinge sua velocidade máxima.
- O experimento que estima a viscosidade de um fluido faz parte da ementa curricular da disciplina de Física Experimental II para cursos do ensino superior no Instituto Federal do Sudeste de Minas Gerais - campus Juiz de Fora. No método usual de mensuração adotado nas aulas, um dos problemas enfrentados pelos alunos é conseguir distinguir, apenas visualmente, o instante em que um corpo imerso em um óleo atinge a velocidade terminal.

Este trabalho visa complementar o experimento convencional, como uma proposta para componente curricular da monitoria de Física Experimental II foi desenvolvido com a intenção de ser reproduzido por alunos do ensino superior, no intuito de dinamizar o processo de aprendizagem e agregar tecnologias e competências diversas como trabalhar habilidades em manipular

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softwares, além de estimular um maior contato a competências de desenvolvimento de protótipos direcionados aos futuros licenciados em Física.

Com a motivação inicial de aumentar a precisão do procedimento para mesurar características físicas de substâncias, a inserção de três diferentes métodos de aferição obtidos de maneira independente e, quando comparados corroboram com a obtenção da velocidade limite mais precisa e, também, a validação de um novo recurso do aplicativo Phyphox.

- O mecanismo ajuda no refinamento da determinação de dados, em que se utiliza um conjunto de sensores, o software Tracker e um aparelho celular equipado com o aplicativo Phyphox. No intuito de validar o Phyphox como ferramenta de aferição, seus dados são comparados aos cronômetros com sensores e ao Tracker, medidos de maneira independente.

Utilizando uma máquina de Atwood, cuja montagem consiste em um fio de nylon fixado numa pequena esfera densa que mergulha no fluido, logo acima o celular é fixado na vertical neste fio com o auxílio de um suporte, o fio passa por uma roldana fixa, este conjunto supracitado é equilibrado do outro lado da roldana por um contrapeso preso ao fio. 2

Quinze sensores, que acionam cronômetros digitais dispostos ordenados em sequência ao longo do tubo, informam sobre o comportamento da esfera enquanto cai, agregando ao experimento uma maneira independente para aferir a viscosidade.

Dispondo do Phyphox como uma ferramenta que acessa o dispositivo acelerômetro do aparelho celular, temos acesso a um gráfico que informa aceleração por tempo correspondente a movimentação no eixo longitudinal do celular, onde vemos quando a aceleração se torna constante e atinge a velocidade terminal.

Implementando o software Tracker para análise e tratamento de dados via vídeo gravado do processo de queda da esfera, temos uma terceira alternativa à averiguação da dinâmica do experimento. O procedimento consiste basicamente em filmar a imersão de uma esfera no tubo de óleo e

Para construir uma base de dados confiável e que desse suporte estatístico, foi necessário a realização de muitas repetições e o descarte de medidas que não são confiáveis, tomando como parâmetro o perfeito funcionamento do aparato montado, alinhamento dos sensores e da esfera no tubo.

Foram feitas correções quanto ao arraste das paredes do tubo, pela equação de Ladenburg e do empuxo devido ao fio submerso. Dos resultados preliminares, é notável, pelos gráficos do Phyphox, que após 2 segundos de queda a aceleração tende a zero. Isso concorda com as demais formas de aquisição de dados, sugerindo que as condições corroboram a confiabilidade do Phyphox nesta montagem experimental.

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A viabilidade da reprodução deste trabalho em sala de aula é sugerida como um experimento demonstrativo, já que as medições são complexas de serem executadas e demandam muitas repetições para base estatística de dados. São fatores limitantes: o número de equipamentos que devem estar funcionando plenamente em conjunto e alinhamento de sensores, porém, dentre as perspectivas de utilização em sala de aula estão as dinâmicas de coletas de coletas de dados aparadas pelos roteiros sistematizados para a organização.

## Referências:

WANG, C. T.P.,'The Improved Determination of Acceleration in Atwood's Machine'. American Journal of Physics 41, 917-919. 1973.

LOPEZ, D., CAPRILE, I., CORVACHO, F., REYES, O., 'Study os a Variable mass Atwood's machine using a smartphone'. The Physics Teacher 56, 182183. 2018.

LOPRESTO, M. C., 'Another look at Atwood's machine'. The Physics Teacher 37, 82-83. 1999.

TARNOPOLSKI, M., 'On Atwood's Machine with a nonzero mass string'. The Physics Teacher 53, 494-496. 2015.

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