fqa11 - fÍsica al 1.1 queda livre: força gravítica e
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FQA11 - FÍSICA
AL 1.1 Queda livre: força gravítica e aceleração da gravidade
Se deixarmos cair uma bola de uma altura h e se desprezarmos a resistência do ar ela fica
sujeita unicamente ao seu peso, queda livre, por isso se diz que é um grave.
Quaisquer dois corpos deixados cair da mesma altura e no mesmo instante irão chegar ao solo
ao mesmo tempo uma vez que estão sujeitos à mesma aceleração ( ) e esta tem sempre o
mesmo valor num determinado local da Terra.
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Uma aproximação que se faz nesta atividade é considerar que a velocidade instantânea é
aproximadamente igual à velocidade média de passagem da régua pela célula fotoelétrica. É
possível fazer essa aproximação pois o intervalo de tempo em que o feixe da célula
fotoelétrica está interrompido é muito pequeno. Assim, a velocidade instantânea é
praticamente igual à velocidade média.
A mola facilita a largada a régua.
As duas células fotoelétricas devem
estar perfeitamente alinhadas.
Regulamos o digitímetro ou Smart Timer
para medir o tempo de passagem pela
primeira célula.
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A mola facilita a largada a régua.
As duas células fotoelétricas devem
estar perfeitamente alinhadas.
Regulamos o digitímetro ou Smart Timer
para medir o tempo de passagem pela
segunda célula.
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Note que o valor da velocidade aumentou pelo que poderemos calcular o valor da aceleração
através da expressão.
A mola facilita a largada a régua.
As duas células fotoelétricas devem
estar perfeitamente alinhadas.
Regulamos o digitímetro ou Smart Timer
para medir o tempo de passagem entre
as duas células.
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Considere que o valor tabelado da aceleração da gravidade é:
Variando a distância entre as células fotoelétricas, por exemplo baixando ligeiramente a célula
dois medimos o tempo de passagem pela célula dois para calcular a nova velocidade de
passagem na célula 2 e depois o tempo de passagem entre as duas células para calcular o valor
de aceleração os resultados obtidos foram os que se apresentam nas duas tabelas seguintes:
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Como a Terra não é perfeitamente esférica o valor da aceleração da gravidade depende quer
da altitude quer da latitude. Considerando que nos encontramos a uma altitude igual ao nível
médio da água do mar e a uma latitude 40 o valor da aceleração gravítica é: 9,802 ms-2.
Para calcular a exatidão do resultado obtido vamos calcular o erro relativo em percentagem.
Observamos que os resultados experimentais obtidos tiveram uma boa exatidão.
Note que na experiência não foi preciso recorrer à medida da massa da régua pois a
aceleração da gravidade é comum a todos os corpos e é independente da massa dos mesmos.
Por isso uma pena e um martelo deixados cair na Lua chegam ao chão ao mesmo tempo, (pois
a resistência do ar é desprezável) isto é, têm iguais tempos de queda tal como defendeu
Galileu.
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AL 1.2 Forças nos movimentos retilíneo acelerado e uniforme
Será que um objeto só se move se houver uma força a atuar sobre ele? Será mesmo
assim?
Newton, na primeira lei, diz que se a resultante das forças que atuam num corpo for
nula o corpo manterá a sua velocidade isto é, se estiver parado continuará parado ou
se estiver em movimento permanecerá em movimento com a mesma velocidade.
Alguns cuidados a ter imediatamente antes e durante a realização da atividade:
O sensor de movimento deve estar a cerca de 50 cm da extremidade da calha.
Para reduzir ao máximo as forças de atrito temos de assegurar que a calha está bem
limpa.
O fio deve ter um comprimento tal que permita que quando o corpo suspenso chegue
ao chão o carrinho tenha percorrido aproximadamente metade do tamanho da calha,
tendo ainda a outra metade para a percorrer antes de colidir com a roldana como se
pode observar na figura seguinte.
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As forças que atuam nos dois corpos antes do peso atingir o chão são as que se encontram
representadas.
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Utilizando um sensor faz-se uma recolha de dados para traçado do gráfico velocidade tempo.
Podem observar-se duas zonas no gráfico. A primeira, pontos a azul, corresponde a valores de
velocidade recolhidos pelo sensor até o peso embater no chão. A segunda, a amarelo,
corresponde a valores de velocidade recolhidos pelo sensor até ao momento em que o
carrinho embate na roldana.
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Na primeira parte do movimento o corpo tem movimento retilíneo uniformemente acelerado.
Na segunda parte o movimento (mesmo apesar da resultante das forças ser nula) o corpo
continuou a mover-se e o movimento do corpo é retilíneo uniforme
Segundo Aristóteles (384 a.c – 322 a.c) um corpo só se movia se existisse uma força continua a
atuar sobre ele. Se tivesse tido hipótese de realizar esta experiência teria concordado com
Galileu (1564–1642) que afirmava que quando um corpo está em movimento se não se
exercerem forças sobre ele irá manter a sua velocidade. Esta conclusão de Galileu foi, anos
mais tarde, enunciada por Newton como Lei da Inércia.
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AL 1.3 - Movimento uniformemente retardado: velocidade e
deslocamento
Se lançarmos horizontalmente um corpo sobre numa superfície
horizontal ele acaba por parar. Porque é que isso acontece?
Elevando ao quadrado a equação da velocidade obtemos a relação
entre os quadrados das velocidades para dois instantes diferentes
como se observa na figura da esquerda.
Por outro lado podemos organizar a equação das posições como se
apresenta na figura da direita.
Que tipo de movimento tem o corpo até parar? O Corpo vai ter um
movimento retilíneo uniformemente retardado.
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Marcar seis pontos de largada do bloco (distanciados igualmente
entre si)
Colocar sempre o digitimetro no zero antes de cada ensaio.
Largar o bloco da primeira marca da rampa e registar o tempo
de passagem pela célula fotoelétrica.
Medir a distância entre a célula fotelétrica e o ponto em que o
bloco parou.
Registar esses valores numa tabela.
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Repetir o procedimento mais cinco vezes das restantes marcas
efetuadas sobre a calha.
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Calcular o valor da velocidade de passagem na célula(v0) dividindo a
espessura do pino pelo valor do intervalo de tempo medido para cada
uma das alturas de abandono do bloco.
Como já tinhamos visto o declive da reta V2 = f(∆x) é igual a: –2×a.
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O corpo acaba por parar (m.r.u.r.) devido à ação de uma força de
atrito (resistente) e consequentemente de uma aceleração (com
sentido negativo do eixo dos x) contraria à velocidade (com sentido
positivo do eixo dos x). Qual é o valor dessa força?
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AL 2.1. - Características do som
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Diminuímos a frequência
aumentamos a frequência
aumentamos ainda mais a frequência
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Medir experimentalmente a frequência da onda emitida pelo diapasão
O valor da frequência obtido experimentalmente (435 Hz) é próximo do valor de referencia
(430 Hz).
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A nota Lá, percutida no diapasão, é diferente da nota Lá percutida no Uculele, a característica
que marca essa diferença explica-se através de uma propriedade física - o Timbre.
Embora tenham a mesma periodicidade no tempo logo a mesma frequência a primeira onda
pode ser expressa através de uma função seno, é uma função sinusoidal, a segunda apresenta
uma forma irregular, é um som complexo, resultante da sobreposição de vários harmónicos.
Para além da amplitude, do período e da frequência, podemos ainda medir o comprimento de
onda de um sinal sonoro. O comprimento de onda define-se como a distância percorrida pela
onda ao fim de um intervalo de tempo denominado período.
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Os dois microfones estão na mesma posição. Um deles está ligado ao canal 1 do osciloscópio e
o outro está ligado ao canal 2 do osciloscópio. Os reguladores de base tempo estão na mesma
posição. Observa-se duas ondas sobrepostas. O altifalante está ligado ao gerador de sinais.
Afastamos um dos microfones até os sinais ficarem afastados meia onda. Isso acontece aos
46,0 cm, isto é depois de percorridos 41,0 cm. Este último valor corresponde a metade do
valor do comprimento de onda.
AL 2.2 - Velocidade de propagação do som
O som necessita de um meio material para se propagar. As características desse meio
determinam a velocidade com que o som se propaga.
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Medir a temperatura ambiente, ligar o gerador de sinais produzindo uma frequência audível.
Do gerador de sinais saem duas fichas BNC uma que liga ao microfone e a outra que liga ao
altifalante.
O microfone está ligado ao amplificador que depois de amplificar a intensidade do sinal
introdu-lo no segundo canal do osciloscópio.
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Deslocamos o microfone, ao longo da régua, até que os dois sinais fiquem desfasados 1/4 de
onda. Isto acontece quando o microfone se deslocou 5,00 cm da origem.
Continuamos a afastar e fazemos mais duas ou três leituras.
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O declive do gráfico representa a velocidade de propagação da onda
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As condições de propagação do som no ar dependem das condições de temperatura e
humidade do ar. Grande humidade permitem medir sons distantes como se esta estivesse
mais próxima . O barulho da água a cair depende da temperatura a que esta se encontra.
AL 3.1 Ondas: absorção, reflexão, refração e reflexão total
Quando uma onda eletromagnética encontra uma superfície parte da sua energia é refletida
parte é transmitida ou refratada e parte é absorvida, variando cada uma destas partes em
função das características dos materiais e da onda.
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Há sempre uma parte da radiação que é refletida, mesmo que seja de forma difusa caso
contrario não seria possível ver o objeto.
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Reorganizando as leis de Snell Descartes observa-se que representando o seno do ângulo de
incidência em função do seno do ângulo de refração obtemos uma reta cujo declive é a razão
entre o índice de refração
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Qual será o valor do ângulo critico?
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Uma das aplicações da reflexão total das ondas é a construção e utilização de fibra ótica nas
comunicações a longa distância.
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AL3.2- Comprimento de onda e difração
Se uma onda encontrar uma fenda orifício ou obstáculo da mesma ordem do seu comprimento
de onda sofre desvio contornando o obstáculo originando figuras de difração. Porque é que
isso acontece?
A fonte de luz que vamos utilizar é:
uma fonte de luz monocromática (comprimento de onda bem
definido) é produzida por um Laser, vermelho, verde ou azul.
é coerente (todas as ondas que compõem o feixe estão em
fase).
é colimada pois trata-se de um feixe de ondas praticamente
paralelas.
é muito intenso pelo que pode provocar lesões na retina
(cuidado ao manusear, nunca apontar diretamente aos olhos)
Ao ligar o laser observa-se
um ponto luminoso
cintilante não disperso.
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Aplicando agora uma fenda de abertura variável, aberta no máximo, e tendo o cuidado de
ajustar a fenda ao fixe de luz observa-se que se produziu um padrão de difração representado
à direita na imagem o qual apresenta um máximo central seguido de sucessivos máximos
laterais menos intensos.
Entre dois máximos existe sempre uma zona de intensidade nula como se pode observar na
imagem seguinte. A este fenómeno ótico chama-se difração.
À medida que diminuímos a largura da fenda observamos que o padrão se vai separando e
vamos obter sucessivamente as seguintes imagens:
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Interpretação do fenómeno: A luz ao atravessar a fenda sofre desvios. O desfasamento entre
as ondas produzirá interferências construtivas (que resultam em máximos) ou destrutivas (que
resultam em mínimos).
Surgem assim zonas mais brilhantes e zonas escuras no alvo.
A posição das zonas escuras ou mínimos é dada pela condição sen = /a.
Quanto maior for a abertura da fenda menor será o ângulo e consequentemente mais
próximos ficarão os padrões de difração como se pode observar na sequencia de imagens
seguinte.
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Os padrões de difração obtidos a partir de fendas múltiplas igualmente espaçadas de uma
mesma distância d, é o seguinte se o número de fendas for aumentando:
Interpretação: à medida que aumentamos o número de fendas surgem, progressivamente,
mais máximos secundários (de menor intensidade) entre os máximos principais como se
observa nas figuras anteriores.
Por exemplo para uma fenda dupla obtemos cinco máximos principais que ocorrem para
sen = n/d
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As redes de difração comportam-se como um sistema ótico com elevadíssimo número de
fendas.
As franjas luminosas serão tanto mais separadas quanto maior for a densidade de linhas da
refe de difração utilizada.
Matematicamente os máximos ocorrem de acordo com a seguinte relação: sen = n/d
Para determinar experimentalmente o comprimento de onda do laser precisamos conhecer a
distância (D) do laser ao alvo, a distância (d) entre as linhas de difração e a distância entre dois
máximos consecutivos(∆x).
Note que como a rede de difração utilizada foi uma rede de difração de 300 linhas/mm então
para calcular a distância d fazemos o seguinte:
300 linhas/mm
para ângulos pequenos
Os máximos de intensidade
verificam-se para as posições
A distância entre dois
máximos consecutivos
permite calcular o
comprimento de onda do
laser
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Fazendo vários ensaios variando a distância D obtemos a seguinte tabela de resultados e com
esses resultados o gráfico de ∆x = f(D) que se encontra representado a seguir:
Como:
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verificamos que esta equação é a equação de uma reta com declive igual a
pelo que
podemos a partir do declive calcular o comprimento de onda como se mostra a seguir
bem como o erro relativo:
Se o ∆x e o estão relacionados através da expressão anterior tudo indica que se usarmos luz
policromática os diferentes comprimento de ondas nela presente irão ficar separados em
diferentes ∆x ou seja teremos a separação de cores. Ao observamos a luz de uma lâmpada
fluorescente ou de qualquer tudo de descarga de um gás (através de uma rede de difração)
observamos que as suas cores irão aparecer perfeitamente separadas definindo o seu espetro
de emissão característico.
Síntese elaborada por Maria do Anjo Albuquerque para a
aula de preparação para exame realizada em
2/07/2020
(recurso - Escola Virtual)
ERRO RELATIVO