física experimental a

7/21/2019 Fsica Experimental A

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Fsica Bsica Experimental A 42

Queda Livre

1.0 ObjetivoDeterminar a acelerao da gravidade local

2.0 MaterialPainel com escala milimetrada; bobina; corpos de prova esfricos; sensor fotoeltrico;

sensor de largada; interface USB;

3.0 Mtodo

Queda livre a queda de um corpo no vcuo sob ao nica e exclusiva da gravidade. Este fatotorna a experincia um pouco difcil de realizar em sala de aula, pois depende de uma cmara de

vcuo. Se, no entanto usarmos um corpo de forma apropriada, densidade razoavelmente elevada epercorrendo pequenas distncias verticais, a resistncia do ar se torna muito pequena, podendoser desprezada. Desta forma, iremos fazer o experimento aceitando a queda de uma esfera de ao,de pequena altura e dentro da sala de aula, como um movimento em queda livre.

4.0 Questionrio de Estudo

4.1De um andar de um edifcio em construo caiu um tijolo, a partir do repouso, que atingiu o solo2 s depois (dado: g = 10 m/s2). Desprezando a resistncia do ar, calcule:a) a altura do andar de onde caiu o tijolo;b) a velocidade escalar do tijolo quando atingiu o solo.

4.2 Em t = 0, o objeto A largado do telhado de um prdio. No mesmo instante, o objeto B largado de uma janela 10 m abaixo do telhado. A resistncia do ar desprezvel. Durante a quedade B a distncia entre os dois objetos: (a) proporcional a t, (b) proporcional a t2, (c) decresce,(d) permanece igual a 10 m. Justifique sua resposta.

5.0 Procedimento Experimental

5.1 Procedimento no Microcomputador

5.1.1 Operaes Iniciais

5.1.1 Ligue o computador. Pressione o boto ON/OFFpara energizar a interface USB Lab100.

5.1.2 Conecte os sensores fotoeltrico e largada na interface. O sensor 1, ou sensor de largada,deve ser conectado na interface em SENSOR IN 1. O sensor 2, ou sensor fotoeltrico, localizadoao longo da trajetria, deve ser conectado na interface em SENSOR IN 2.

5.1.3 Conecte o cabo USB da interface em uma das entradas do computador. Para conectar osensor click sobre o texto Clicar e con ectar sensor. Quando o sensor estiver conectado, o boto

in ic iar estar habilitado.


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5.1.4 No Desktop do Windows acesse o programa CidepeLabUSB .

5.1.5 Aps a abertura do programa estaro visveis as janelas de equipamentos e ferramentascomo mostrado na figura abaixo.

5.1.6 No menu suspenso click em conf igurar. Abre-se uma janela como mostrado na figura abaixo.

5.1.7 Click na aba conexes e insira os sensores de largada no canal 1 e fotoeltrico no canal 2.Ver figura abaixo.


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5.1.8 Observe que na janela Configuraes, clicando em +Sensores, apareceram os sensores deLargada e Fotoeltrico.

5.1.9 Clique com o boto direito do mouse em Temporizador e arraste at a rea cinza doprograma. A nova janela mostrada na figura abaixo.

5.1.10 Clique com o boto esquerdo do mouse em Sensor de Largada e arraste at a janelaPerodo frequncia. Isto tornar o sistema de medida utilizvel. Para completar o sistema deaquisio clique em Intervalo de tempo entre um acion amento e uma passagem pelo sens or.Ver figura abaixo.


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5.2 Prtica experimental

Muitos problemas prticos lidam com objetos em queda livre, isto , objetos que caem

livremente sob a ao apenas da gravidade. Todos os objetos em queda livre, com mesmavelocidade inicial, se deslocam de maneira idntica se no houver resistncia do ar. Sedesprezarmos a resistncia do ar, para diferentes esferas macias que caem de uma altura Hpequena, podemos calcular a acelerao da gravidade local.

1. Montar equipamento conforme Figura 1;

Figura 1Esquema de montagem do equipamento de queda livre.

2. Aps abrir o programa da Cidepe (instrues no item 5.1), encoste o corpo de provas (esferametlica de menor massa) na bobina com uma folha de papel separando-os. Pressione a chavee prepare o cronmetro. Para dar incio ao movimento basta soltar o interruptor (que seencontra normalmente aberto); ATEN O! Evite manter a bo bina l igada por mais d e 30segundos .

3. Ajustar o sensor fotoeltrico a 10 cm abaixo da esfera (prestar ateno no dimetro da esfera ena posio em que a esfera em queda livre interrompe a contagem do tempo, ou seja, ocronmetro interrompe a contagem quando a esfera passar pelo centro do sensor).

4. Repita o processo acima deslocando o sensor fotoeltrico para 10, 20,...80 cm. Complete a

Tabela 1 abaixo:


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Massa Esfera m1= g

N y0 y y t (s) v (m/s)

1

2

3

4

5

6

7

8

5. Repita o item 4 pegando a massa maior. Complete a Tabela 2 abaixo:

Massa Esfera m2= gN y0 y y t (s) v (m/s)

1

2

3

4

5

6

7

8

6.0 Anlise dos dados experimentais

6.1 Construa em papel milimetrado o grfico de y=f(t) (posio em funo do intervalo de tempo) usando osdados da Tabela 1. Que tipo de equao descreve a curva do grfico gerado?

6.2 Linearize o resultado obtido no grfico anterior, fazendo outro grfico de y=f(t2), ou seja, posio emfuno do tempo ao quadrado t2(s2). Determine os coeficientes angular e linear para esse grfico. Compare ovalor do coeficiente linear com o valor da posio inicial. Como podemos obter o valor da acelerao daesfera com base neste grfico? O que representa esta acelerao?

6.3Faa um grfico da velocidade em funo do tempo v x t. O ajuste passa pela origem?

6.4 O que representa o coeficiente angular da reta tangente curva posio versus tempo em um dadoinstante?

6.5 No grfico velocidade versus tempo obtenha o coeficiente angular. O que representa este coeficienteangular? Qual o tipo de equao que descreve as curvas obtidas nestes grficos?

6.6 Observando os resultados obtidos com a esfera de maior massa, coletado na Tabela 2, houve alteraessignificativas com relao aos resultados obtidos com a esfera de menor massa? Qual a concluso que sepode chegar levando em conta as equaes horrias da posio e da velocidade do movimento em queda

livre.


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Movimento parablico

1.0 Objetivo

Estudar o movimento de projteis lanados horizontalmente.

2.0 Material

Rampa de lanamento, suportes, 2 esferas, nvel, anteparo, papel branco e papel carbono,trena, cronmetro multifuno e eletrom.

3.0 Introduo

O Movimento uniformemente acelerado de partcula em trs dimenses tem como

caracterstica a acelerao constante em mdulo e direo. No caso geral de uma partcula emmovimento sob ao apenas da gravidade, escreve-se as equaes de movimento na formavetorial. Para o caso particular deste experimento, o movimento a estudar de uma pequenaesfera metlica, num lanamento horizontal. Considera-se que a acelerao g (constante),perpendicular a direo da velocidade inicial, no instante do lanamento. O movimento do projtil apartir do ponto em que ele deixa a rampa pode ser decomposto em dois movimentosindependentes (proposio de Galileu), um paralelo a direo da acelerao (eixo y) e outroperpendicular a mesma (eixo x).

4.0 Mtodo:Usa-se a rampa para produzir a esfera uma velocidade de lanamento horizontal. Quando a

esfera solta de uma mesma posio H sobre a rampa de lanamento, as posies x e y de suatrajetria podem ser medidas, usando as marcas produzidas pela mesma sobre papel sulfite frenteo qual se coloca uma folha de papel carbono, ambos fixos a uma plataforma. aconselhvel tomarvrias medidas para os pares x, y.

5.0 Questionrio para estudo.

5.1 Classifique as grandezas seguintes em escalares ou vetoriais: massa, posio, velocidade,acelerao e fora.

5.2 Quais as unidades no SI destas grandezas?5.3 Num lanamento horizontal, o projtil teve seu deslocamento mximo de 56,4 cm, sendo aaltura de lanamento de 34,5 cm. Qual a velocidade de lanamento do projtil? Adote o valor paraa acelerao da gravidade como g = 9,79 m/s2.5.4 Considere uma esfera em movimento (Fig. 1). As medidas do deslocamento vertical do seucentro de massa so afetadas pelo seu tamanho? E as horizontais?5.5 A massa da esfera influi no deslocamento mximo do lanamento? Justifique.5.6 Qual/quais o(s) conceito(s) bsico(s) de Fsica envolvido(s) neste experimento?


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6.0 Procedimento experimental

6.1 Determinao da velocidade de lanamento.

6.1.1 Monte a rampa de lanamento conforme a Figura 1.6.1.2 Escolha um ponto sobre a rampa, a partir do qual voc iniciar o experimento e mea a alturaH dessa posio. Tambm mea a altura h, distncia entre o ponto onde a esfera deixa a rampa ea base onde deve se colocado um papel branco.6.1.3 Defina o sistema de referncia e determine o ponto P de deslocamento mximo da esfera.6.1.4 Coloque o papel carbono na regio onde a esfera atinge a mesa. Faa alguns lanamentos.Mea a distncia OP.Anote os dados na Tabela 1.6.1.5 Repita o mesmo procedimento para a outra esfera.6.1.6 Calcule a velocidade com que cada esfera abandona a rampa.

Figura 01Esquema da montagem experimental

Tabela 1 -Determinao da velocidade de lanamento.

Esfera Deslocamento1 Deslocamento2 Deslocamento3 Deslocamento

mdioVelocidade de

lanamento

1

2

6.2 Obteno da trajetria

Escolha uma das esferas para os prximos passos.6.2.1 Escolha cinco posies diferentes xi, ao longo do segmento OP, para posicionar o anteparo.6.2.2 Coloque um papel branco e carbono sobre o anteparo.6.2.3 Coloque o anteparo na primeira posio. Lance algumas vezes a esfera da mesma altura H.6.2.4 Repita este procedimento para outras posies do anteparo (sugesto: mnimo 5 posies).6.2.5 Retire o papel carbono e faa as medidas das posies yicorrespondentes, preenchendo aTabela 2.


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Figura 02Esquema de montagem

Tabela 2Determinao da trajetriaLanamento xi( ) yi( )

1

2

3

4

5

6

7.0 Anlise experimental

6.1 Os deslocamentos das duas esferas foram os mesmos? Por qu?6.2 Faa um grfico da altura y versus x, tomando como origem o ponto O, na Fig. 1, (Grfico 1).6.3 Linearize o grfico 1. Este grfico linearizado ser denominado Grfico 2.6.4 Determine a velocidade da esfera no instante em que ela deixa a rampa, usando os resultadosobtidos do Grfico 2 (interpretao do coeficiente angular). Qual o significado do coeficiente linearobtido?6.5 Usando o cronmetro multifunes e os dois sensores fotoeltricos determine a velocidade daesfera ao deixar a rampa. Faa isso medindo a distncia x entre sensores e o tempo t que aesfera leva para percorrer esta distncia. Imaginado que o movimento uniforme utilize a equao para determinar a velocidade na direo x. Compare com o valor obtido. Discuta estes

resultados.

Tabela 3Determinao da velocidade

Lanamento Distncia x ( ) Tempo ( ) Velocidade ( )


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Determinao da acelerao de um corpo usando conceitos cinemticos

(MRUV) e dinmicos.

1.0 Objetivo

Aplicao dos conceitos da cinemtica e dinmica no movimento de uma partcula.

2.0 Material

Trilho de ar, insuflador e carro, roldana, cabos de conexo e fio, computador com interface,massas, suporte, trena, sensor fotoeltrico, eletrom.

3.0 Questionrio de estudo

Considere um corpo em movimento retilneo:

1. Quando um corpo pode ser representado como uma partcula?2. Qual a definio de velocidade escalar mdia? E velocidade escalar instantnea?3. Que grandeza fsica caracteriza uma alterao na velocidade de um corpo?4. Qual a forma dos grficos: posio x tempo, velocidade x tempo e acelerao x tempo para

um movimento retilneo uniforme e um movimento retilneo uniformemente variado?5. necessria a ao de uma fora para manter um corpo sobre uma superfcie sem atrito

com velocidade constante? E para mant-lo com acelerao constante?

6. O que diz a 1o Lei de Newton ou a Lei da Inrcia?7. O que diz a 2oLei de Newton para o movimento?8. Quais os conceitos fsicos bsicos envolvidos neste experimento?

4.0 Metodologia.

Nesta experincia vamos utilizar um conjunto da CIDEPE composto de trilho de ar,interface de coleta de dados, programas de coleta e tratamento de dados experimentais. Esteconjunto pode ser usado para realizar vrios experimentos de Fsica. O uso do trilho de ar tem agrande vantagem de minimizar os efeitos do atrito.

A Figura 1 mostra o arranjo experimental. O carrinho est ligado ao suporte de massas porum fio. Este fio tem massa desprezvel e passa por uma roldana. H dois sensores fotoeltricos,um deles posicionado no incio da trajetria do carro e outro posicionado ao longo da trajetria. Aleitura eletrnica de tempo feita da seguinte maneira: ao passar pelo primeiro sensor o carrinhoaciona a leitura do cronmetro e ao passar pelo segundo sensor o cronometro travado. Portanto,nesta prtica obtm-se, para deslocamentos constantes, diferentes intervalos de tempo, uma vezque se trata de um movimento acelerado.

Atravs das medidas da posio e tempo possvel fazer uma anlise cinemtica domovimento, calculando velocidade e acelerao do carro sobre o trilho. Por outro lado conhecendo-se as massas envolvidas no problema em estudo podem ser aplicadas as Leis de Newtondeterminando a acelerao.


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Figura 1Esquema de montagem experimental do trilho de ar.

5.0 Procedimento Experimental

5.1 Procedimento no Microcomputador

5.1.1 Operaes Iniciais

5.1.1.1 Ligue o computador. Pressione o boto ON/OFFpara energizar a interface USB Lab100.

5.1.1.2 Conecte os sensores fotoeltricos na interface. O sensor 1, localizado no incio da trajetria,deve ser conectado na interface em SENSOR IN 1. O sensor 2, localizado ao longo da trajetria,deve ser conectado na interface em SENSOR IN 2.

5.1.1.6 Conecte o cabo USB da interface em uma das entradas do computador. Para conectar osensor click sobre o texto Clicar e con ectar sensor. Quando o sensor estiver conectado, o boto

in ic iar estar habilitado.

5.1.1.3 No Desktop do Windows acesse o programa CidepeLabUSB .


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5.1.1.4 Aps a abertura do programa estaro visveis as janelas de equipamentos e ferramentascomo mostrado na figura abaixo.

5.1.1.5 No menu suspenso click em conf igurar. Abre-se uma janela como mostrado na figuraabaixo.

5.1.1.6 Click na aba conexes e insira os sensores fotoeltricos 1 e 2. Ver figura abaixo.


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5.1.1.7 Observe que na janela Configuraes, clicando em +Sensores, apareceram os sensoresfotoeltricos 1 e 2.

5.1.1.7 Clique com o boto esquerdo do mouse em Temporizador e arraste at a rea cinza doprograma. A nova janela mostrada na figura abaixo.

5.1.1.8 Clique com o boto esquerdo do mouse em Sensor fotoeltrico e arraste at a janelaPerodo frequncia. Isto tornar o sistema de medida utilizvel.


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5.2 Prtica experimental

Observao: No coloque mova o carro sobre o trilho enquanto o insuflador estiver desligado .

5.2.1 - Observe a montagem de acordo com a Figura 1.5.2.2 - Certifique-se de que a fonte de ar esteja ligada e na posio 3,5.5.2.3 - Verifique se o trilho est perfeitamente alinhado e nivelado.5.2.4 - Coloque uma massa de aproximadamente 19,5 g (suporte + bloco) suspensa naextremidade do fio. Coloque o carro com 6 blocos de 0,98 N cada sobre o trilho e o conecte aosuporte de massas atravs do fio. Escolha um comprimento de fio adequado de modo a no deixaro suporte com massas atingir o cho.5.2.5 - Verifique se o fio que liga o carro s massas est paralelo ao trilho de ar.5.2.6 - Verifique se o led nos sensores est funcionando. Isso significa que a partir de agora o

computador est apto a fazer a leitura dos intervalos de tempo correspondentes ao movimento docarrinho ao logo do trilho.5.2.7 - Posicione o sensor fotoeltrico 2a 5 cm do sensor fotoeltrico 1.5.2.8 - Solte o carro, atravs do eletrom, que deve estar o mximo possvel afastado da roldana eo deixe transladar sobre o trilho de ar apenas sob a influncia das massas penduradas no suporte.5.2.9 - Repita as operaes 5.2.7 e 5.2.8 para distncias entre sensores de 10, 15, 20,..., 75 cm epreencha a Tabela 1:

N Xo(m) X (m) X (m) t(s) V (m/s)

1

2

34

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

Tabela 1

5.2.11 - Mea e anote a massa do carro e a massa que produz trao no carro.

Carrinho (Kg) Massa da Trao (Kg)


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6.0 Anlise dos dados experimentais

6.1 Construa em papel milimetrado o grfico de X=f(t) (posio final em funo do intervalo de

tempo) usando dos dados da Tabela 1. Que tipo de equao descreve a curva do grfico gerado?6.2 Linearize o resultado obtido no grfico anterior, fazendo outro grfico de X=f(t2), ou seja,posio final em funo do tempo ao quadrado t2(s2). Determine os coeficientes angular e linearpara esse grfico. Compare o valor do coeficiente linear com o valor da posio inicial. Comopodemos obter o valor da acelerao do carrinho com base neste grfico?6.3 Faa um grfico da velocidade mdia em funo do tempo v x t. O ajuste passa pela origem?6.4 O que representa o coeficiente angular da reta tangente curva posio versustempo em umdado instante?6.5 Determine a velocidade instantnea para no mnimo cinco pontos.6.6 No grfico, velocidade versus tempo, obtenha o coeficiente angular. O que representa este

coeficiente angular? Para o grfico da acelerao versus tempo. Qual o tipo de equao quedescreve as curvas obtidas nestes grficos?6.7 O carro pode ser representado por uma partcula? Por qu?6.8 Construa um diagrama de foras para o carro e para a massa pendurada.6.9 Qual a expresso para a acelerao obtida atravs das leis da dinmica?6.10 Determine seu valor.6.11 Determine a tenso (trao) na corda, ela maior, menor, ou igual ao peso do corposuspenso?6.12 O que acontece se o fio que conecta o carro s massas no estiver paralelo ao trilho?6.13 Compare e discuta os valores das aceleraes obtidos atravs da cinemtica e da dinmica.

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