Projeto, construção e caracterização de arranjo experimental para a determinação da aceleração da gravidade

Abstract

Há mais de duas décadas, o Laboratório de Tecnologia do Vácuo (LTV) da Faculdade de Tecnologia de São Paulo (FATEC-SP) tem se dedicado intensamente à metrologia e a tecnologia do vácuo, atendendo a uma variedade de setores industriais e acadêmicos. O foco deste trabalho é a produção e caracterização de um arranjo experimental para à determinação da aceleração da gravidade. No decorrer deste projeto, concebemos e caracterizamos um sistema tubular com altura de 3,74 metros para o lançamento do corpo. Visando alcançar uma pressão que eliminasse a resistência do ar, optamos por empregar uma bomba mecânica de palhetas, cuja pressão foi medida por um sensor de pressão do tipo membrana capacitiva. Para a coleta de dados relacionados ao tempo de queda do corpo, desenvolvemos um sistema que inclui três componentes essenciais: um microcontrolador, um sensor piezoelétrico e um eletroímã. Ao longo desse processo, a Impressão 3D desempenhou um papel crucial na fabricação de suportes, sistemas de alinhamento e peças adicionais. É digno de nota que, a partir deste trabalho, conseguimos obter componentes de vácuo, como flanges, movimentadores externos e sensores de pressão, por meio da Impressão 3D. Havendo dois pedidos de patente, dos dois últimos itens citados. Retomando o experimento de queda livre, o sistema foi caracterizado por meio da medida de tempo de queda, possibilitando o cálculo da gravidade com base nos tempos obtidos e seus respectivos desvios padrão. Os resultados atuais mostram-se promissores para a criação de kits didáticos destinados ao ensino médio e superior, bem como para aplicações no setor metrológico, onde poderiam ser utilizados para a determinação da viscosidade de gases.

For over two decades, the Vacuum Technology Laboratory (LTV) at the São Paulo State Technological College (FATEC-SP) has been actively engaged in integrating metrology with vacuum technology, catering to various industrial and academic sectors. The focus of this work is the production and characterization of an experimental setup for determining the acceleration due to gravity. Throughout this project, we designed and characterized a tubular system with a height of 3.74 meters for body launch. In aiming to achieve a pressure of approximately 1 mbarr, we opted to use a vane mechanical pump, with its pressure characterized by a capacitive membrane pressure sensor. For data collection related to the body's free fall time, we devised a system comprising three essential components: a microcontroller, a piezoelectric sensor, and an electromagnet. Additionally, the use of 3D printing technology was extensively employed in producing structural supports, alignment systems, and additional components. It is noteworthy that, as a result of this work, we successfully obtained vacuum components, such as flanges and pressure sensors, through 3D printing. Returning to the free fall experiment, the system was characterized through time measurements, allowing for gravity calculation based on the obtained times and their respective standard deviations. The current results show promise for the development of educational kits for gravity measurement in high school and higher education. Moreover, these findings have potential applications in the metrological sector, particularly in determining the viscosity of gases.