UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTEESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

BACHARELADO EM CIÊNCIAS E TECNOLOGIAPRINCÍPIOS E FENÔMENOS DA MECÂNICA

LABORATÓRIO 1LEIS DE NEWTON

NATAL/RN2013

COMPONENTES DO GRUPO:DENIS MAX DE LIMA BEZERRA

IGOR MATHEUS PEREIRA DE MATOSJULIANA JENIFFER FERNANDES DE SOUZA RÊGO

LUAN SOUZA FREITASRENATA SAMMARA DA SILVA SANTOS

SAMARA LEANDRO DA SILVA

LABORATÓRIO 1LEIS DE NEWTON

Relatório apresentado ao Componente Cur-ricular de Princípios e Fenômenos da Mecâ-nica do curso de Ciências e Técnologias daUFRN para a complementação da nota da unidade de ferias .

NATAL/RN2013

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO

2 OBJETIVO

3 MATERIAIS

4 MONTAGEM EXPERIMENTAL

5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO

7 CONCLUSÕES

8 REFERÊNCIAS

1. INTRODUÇÃO

À medida que avançamos nos estudos da física a teoria se aproxima mais da prática,

e assim podemos modelar a natureza com maior perfeição. É com essa visão que foi

realizado o primeiro procedimento experimental, objetivando evidenciar a validade das

Leis de Newton.

O experimento fundamenta-se em apresentar-nos a aplicação da segunda lei de

Newton e um estudo do movimento retilíneo uniformemente variado. Além disso, foi

calculado o erro relativo cometido no procedimento com a finalidade de minimizar as

diferenças entre os valores obtidos. 

No decorrer desse experimento verificaremos o Estudo da Segunda Lei de Newton

(o principio fundamental da Dinâmica) em um corpo com condições especiais – nesse

caso o “conectado ao trilho de ar” Tal mecanismo é utilizado com o intuito de tornar

desprezível a força de atrito existente no experimento.

2. OBJETIVO

Neste experimento, tem-se como principal objetivo verificar experimentalmente a validade da Segunda Lei de Newton.Por meio dos valores dos tempos obtidos, e com auxílio de fórmulas matemáticas, espera-se determinar o valor da aceleração e do peso de cada massa utilizada no sistema (delimitada para o experimento). E após isto, através dos valores dos pesos utilizados e da aceleração encontrada, podemos criar um gráfico (aceleração ∙ peso) e assim encontrar o coeficiente angular (α) para calcular o erro relativo.

3. MATERIAIS1. Trilho de ar e roldana acoplada - para deslizamento dos carrinhos (projétil e alvo);2. Canhão de ar - utilizado para amenizar a ação do atrito existente entre os carrinhos e o trilho;3. Um sensor óptico - com função de medir o tempo de passagem das franjas da roldana;4. Interface - coleta as informações dos sensores e transmite para o computador;5. Dois carrinhos - corpo que irá se locomover sobre o trilho de ar;6. Discos de cobre - massas que são utilizadas para aumentar o peso do carrinho e como contrapeso para acelerar o carrinho

4. MONTAGEM EXPERIMENTAL

O planador é o protagonista do experimento, uma vez que é o elemento a ser lançado sobre o trilho de ar para análise de seus respectivos movimentos. Basicamente, o carrinho consiste da união de três placas plásticas por um lado comum, de modo que sua base pudesse ser perfeitamente encaixada na base do trilho.

O trilho consiste de um tubo de forma triangular, oco por dentro e com diversos orifícios em suas faces superiores, em cima do qual o planador realizará seu movimento. A utilidade do trilho de ar baseia-se na existência de um gerador de fluxo de ar ligado a uma das extremidades do trilho por uma mangueira, responsável por proporcionar um jato de ar contínuo; esse ar, ao sair pelos orifícios, cria uma espécie de "colchão de ar", reduzindo consideravelmente o contato entre o planador e a superfície do trilho e, conseqüentemente, o atrito existente entre o carrinho e o trilho.

O gerador de fluxo de ar é o componente responsável por criar o fluxo de ar dentro do tubo e permitir que o ar, ao sair pelos orifícios do trilho, crie o "colchão de ar". E é através da mangueira que esse fluxo de ar chega do gerador de fluxo ate o trilho de ar.

Acoplada ao longo do trilho há uma fita métrica, que fará o papel de sistema de referência do nosso movimento, de maneira que a posição do carrinho em qualquer instante do movimento se dará pela marcação da sua posição na fita métrica.

As barreiras de luz são os equipamentos que irão iniciar e paralisar a contagem do tempo que leva o planador para atravessar o espaço pré-determinado escolhido. E é o cronômetro digital que irá determinar o tempo no qual o planador levou para percorrer todo esse espaço.

O porta-peso é o equipamento que fica pendurado no sistema, por meio da corda de barbante, que por sua vez passa pela roldana e fixa-se no planador.

Os Discos de 50 g serão utilizadas ao longo do sistema para demonstrar como o tempo varia quando se coloca mais peso.

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1º Passo: visualização do material:

O primeiro passo tomado em nosso experimento foi à visualização do material que será utilizado. Neste caso utilizaremos o sistema “trilha de ar”, no qual é constituído de:

1 Trilho de ar – peça utilizada para deslizar o carrinho

1 Canhão de ar – ameniza o atrito

1 Mangueira – passagem de ar

1 Fita métrica – mede a distância do carrinho

2 Barreiras de luz – auxilia no uso da roldana

1 Cronômetro digital – marca o tempo do carrinho

1 Porta-peso de 17g – contrapeso

1 Corda de barbante – liga o contrapeso ao sistema

Roldana – peça que marca a posição correta do carrinho

18 Discos de cobre de 50 g cada – utilizados para peso e diminuir como contrapeso para diminuir a aceleração do carrinho

Abaixo há a figura do sistema utilizado.

Sistema trilha de ar

Carrinho

Roldana

2º Passo: Pratica:Iniciamos o processo, com o auxilio do programa “Origin” calculando o tempo gasto

pelo carrinho, para percorrer uma distancia medida pela fita métrica. Foram feitos o total de 4 experimentos, inicialmente 17g no contrapeso e a cada repetição foi adicionado um disco de 50g retirado do planador.

Disco de cobre

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Dados obtidos no experimento:

1º B2 = 5,09066

2º B2 = 24,6554

3º B2 = 42,00144

4º B2 = 62,7119

Dados fornecidos:

Massa de cada carro: 200g (para cada carro)

Massa de contrapeso: 17g

Massa de cada peso: 50g (total 18 discos)

Massa do dinamômetro: 1,217kg (massa total do sistema)

Usando os valores de B2 calculamos a aceleração (a) Contrapeso, multiplicando por 2 e depois pela potencia de 10-2 ,para converter de cm/s² para m/s²:

B2=12a

Apresenta-se abaixo os dados obtidos na letra (a):

Item (m) Contrapeso (g)

(P) Contrapeso (N)

(a) Contrapeso (m/s²)

8.5.a 17 0,167 0,1028.5.b 67 0,657 0,4318.5.c 117 1,157 0,8008.5.d 167 1,637 1,254

Os dados de massa (m) Contrapeso de cada item foram obtidos durante o experimento, e foram utilizados para calcular (P) Contrapeso, multiplicando a massa por

10−3 , convertendo assim em kg e depois multiplicar pela gravidade constante g = 9,8 m/s²,

respeitando a formula:

P⃗=m g⃗

Abaixo o gráfico pedido na letra (b), conforme os resultados da letra (a).

Na letra (f) era pedido o erro cometido na medição, mas para encontrá-lo precisamos primeiro achar a (m) Gráfico que é obtida a partir do coeficiente angular de reta.

Dado o coeficiente angular da reta (α = tan), fornecido na tabela, e a análise da segunda lei de Newton (F=ma), temos que na fórmula dada 1/α, mα tem dimensão de massa.

mα=1α

Para que o mα tenha unidade dimensional de massa precisa-se que o balanceamento das unidades tenha que ser igual, ou seja, de mesma unidade nos dois lados da equação. Logo:

[M ]= 1

[M ]−1

Comparando mα e a massa total através da fórmula

¿m=¿mt−m@∨ ¿mt

¿ ,

Temos que δm seria a taxa de erro entre o experimento e o modelo teórico de Newton. Multiplicando o valor δm por 100 obtemos o valor do erro em porcentagem. Quanto menor esse erro, mais próximo o experimento está do modelo teórico.

Cálculos

Se α igual a 0, 779, temos:

mgrafico=mα=1

0,779=1,284Kg

Se mdinamômetro=1,217 g então:

Utilizamos a formula do erro (ϵ )

ϵ=mgrafico−mdinamômetro

mdinamômetro

Então:

ϵ=1,284−1,2171,217

ϵ=0,0671,217

=0,055 ∙100=5,5 %

Para isso, consideremos a margem de erro como 5,5% nos parâmetros experimentais.

7. CONCLUSÕES

Percebemos com o experimento que o estudo das Leis de Newton, aplicando a Segunda Lei, ajudou a criar um modelo teórico mais abrangente e realista, o que possibilita explicar melhor os dados experimentais.

A partir desse relatório foi possível visualizar o uso adequado do sistema trilho de ar, para que a sua utilização e sua importância.

Através de cada experiência (que foram 4 no total), visualizamos que quando se coloca massas adicionais (dadas pelo experimento) no planador, foram obtidos certos valores de tempos, velocidades e acelerações, mas quando retiramos essas massas do planador e as colocamos no porta-peso, obtivemos-se valores diferentes de tempo, velocidades e acelerações, já que os tempos encontrados em cada situação variam, e essa diferença ocorre pois na situação em que as massas estão localizadas no porta-peso, há uma outra força atuando no sistema, a força-peso, já que o porta-peso está pendurado através do barbante.

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Paul A. Tipler e Gene Mosca, Física Volume 1: Mecânica, 5a Edição, LTC Editora, Rio de Janeiro (2006).

[2] D. Halliday, R. Resnick e J. Walker, Fundamentos de Física - Volume 1 - Mecânica, 8a Edição, LTC Editora, Rio de Janeiro (2008).

[3] H. D. Young e R. A. Freedman, Física I – Mecânica - Sears & Zemansky, 12a Edição, Editora Pearson Addison Wesley, New York (2008).

[4] Manual de Laboratório – Universidade Federal do Amazonas, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Física