Física - 1º Ano

Roteiro de atividade experimental Profo: Asp Luciana / 2º Sgt Pires

Cinemática, Dinâmica e a 2ª lei de Newton

I. Habilidades e competências Ao término destas atividades o aluno deverá ser capaz de: - Compreender o funcionamento e saber utilizar um dinamômetro para medir forças; - Aplicar os conceitos sobre cinemática e dinâmica para determinar a aceleração de um corpo de prova; - Analisar resultados e chegar a conclusões. II. Objetivos - Determinar a aceleração de um corpo de prova através de conceitos distintos: conhecimentos sobre cinemática e conhecimentos sobre dinâmica; - Comparar os resultados encontrados e dissertar sobre as possíveis causas de erro;

III. Equipamentos e instrumentos Trilho de ar linear; roldana; sensores de movimento com cronômetros; corpo de prova; dinamômetro; corpos de massas diversas e fio de prumo. IV. Introdução Na cinemática, o objetivo é descrever como se processam os movimentos, isto é, estabelecer as posições que os corpos ocupam ao longo do tempo e as respectivas velocidades, independentemente das causas desses movimentos. Em outros termos, na cinemática procura-se estabelecer as formas geométricas das trajetórias dos corpos no espaço, se são retas ou curvas, e os intervalos de tempo levados para percorrer todos os segmentos dessas trajetórias. Na dinâmica, o objetivo é buscar conhecer as causas dos movimentos. Dado um conjunto de corpos interagindo uns com os outros, busca-se descrever as forças que agem sobre cada um deles, relacionar a resultante dessas forças à respectiva aceleração e, daí, entender o movimento correspondente. V. Desenvolvimento teórico

Figura 1 - ilustração do experimento Um corpo de massa M (carrinho) desliza com atrito desprezível sobre um trilho de ar linear. Este corpo está ligado a uma massa m suspensa por um fio leve e inextensível, que passa por uma roldana. Desprezando os efeitos do atrito no eixo da roldana e a resistência do ar, se os corpos forem liberados a partir do repouso, m cairá verticalmente, enquanto M irá se movimentar na horizontal e os módulos das acelerações dos dois corpos serão iguais.

Pela segunda lei de Newton sabemos que a aceleração de um corpo é diretamente proporcional à resultante das forças aplicada a ele e inversamente proporcional à sua massa. Definindo FR = força resultante e Mtot = (M+m), para o experimento temos: aMF totR = Analisando a figura 1, é fácil demonstrar que: amMmg )( += . Comparando essa equação com a anterior, pode-se identificar mg como sendo a força resultante atuando sobre a massa M+m.

Logo temos:

+=

mMmga (equação para a aceleração a partir da Dinâmica)

Da cinemática temos, que o módulo do deslocamento do carrinho em função do tempo é dado por:

200 2

1 ttvSS α++= (função horária do espaço no MRUV)

Como o experimento será realizado partindo do repouso, 00 =v e considerando 0SSS −=∆ , com os

devidos ajustes temos: 2

2t

S∆=α (equação para a aceleração a partir da Cinemática)

VI. Procedimento experimental

1. Determinar a massa M do carrinho e a massa m do corpo com o dinamômetro, utilizando gFm =

(considerar g = 9,8m/s2);

2. Nivelar o trilho de ar utilizando o nível e testando através da 1ª lei de Newton;

3. Montar o dispositivo conforme ilustração da Figura 1;

4. Ajustar a posição dos sensores S0 e S, lembrando que em S0 a velocidade V0 = 0;

5. Colocar o carrinho em movimento abandonando o corpo de massa m. Anotar os resultados na tabela 1;

6. Adicionar massa ao carrinho e repetir o procedimento. Anotar os resultados nas respectivas tabelas;

7. Adicionar massa ao corpo de massa m e repetir o procedimento. Anotar os resultados nas respectivas tabelas;

8. Sempre realizar no mínimo três medidas de cada procedimento e anotar a média dos resultados; VII. Análise dos dados (responder no relatório)

a. Cálculos. (10 escores)

b. A aceleração encontrada para o carrinho foi a mesma pelos dois métodos em cada configuração? Por que isso ocorreu? (2 escores)

c. Como seriam modificados os resultados se o atrito e a resistência do ar fossem considerados? Isso afetaria o resultado dos dois métodos? Justifique.(2 escores)

d. Os resultados seriam modificados se a massa do fio não fosse desprezível? Isso afetaria o resultado dos dois métodos? Justifique. (2 escores)

e. Interpretando os resultados obtidos pela Dinâmica, qual a relação entra a aceleração e a massa do conjunto? Essa relação está de acordo com a 2ª Lei de Newton? (2 escores)

f. Qual dos dois métodos utilizados para a determinação da aceleração do carrinho é o mais eficiente para o aparato experimental utilizado? Justifique. (2 escores)

Relatório - 2ª Lei de Newton

Al Nr: _______; Nome: ___________________; Turma: ______; Grupo: ____

Tabela 1 - 1ª configuração Método 1 - Análise pela Dinâmica Método 2 - Análise pela Cinemática M (Kg) m (Kg) a (m/s2) ΔS t(s) α (m/s2)

Cálculo (1 escore)

Cálculo (1 escore)

Tabela 2 - 2ª configuração (acrescentar massa ao carrinho)

Método 1 Método 2 M (Kg) m (Kg) a (m/s2) ΔS t(s) α (m/s2)

Cálculo (1 escore)

Cálculo (1 escore)

Tabela 3 - 3ª configuração (acrescentar massa ao carrinho)

Método 1 Método 2 M (Kg) m (Kg) a (m/s2) ΔS t(s) α (m/s2)

Cálculo (1 escore)

Cálculo (1 escore)

Tabela 4 - 4ª configuração (carrinho com a massa inicial; acrescentar massa ao corpo)

Método 1 Método 2 M (Kg) m (Kg) a (m/s2) ΔS t(s) α (m/s2)

Cálculo (1 escore)

Cálculo (1 escore)

Tabela 5 - 5ª configuração (carrinho com a massa inicial; acrescentar massa ao corpo)

Método 1 Método 2 M (Kg) m (Kg) a (m/s2) ΔS t(s) α (m/s2)

Cálculo (1 escore)

Cálculo (1 escore)

Análise dos dados: a. Cálculos. (10 escores) - Realizar no local indicado, não omitindo as unidades. b. A aceleração encontrada para o carrinho foi a mesma pelos dois métodos em cada configuração? Por que isso ocorreu? (2 escores) c. Como seriam modificados os resultados se o atrito e a resistência do ar fossem considerados? Isso afetaria o resultado dos dois métodos? Justifique. (2 escores) d. Os resultados seriam modificados se a massa do fio não fosse desprezível? Isso afetaria o resultado dos dois métodos? Justifique. (2 escores) e. Interpretando os resultados obtidos pela Dinâmica, qual a relação entra a aceleração e a massa do conjunto? Essa relação está de acordo com a 2ª Lei de Newton? (2 escores) f. Qual dos dois métodos utilizados para a determinação da aceleração do carrinho é o mais eficiente para o aparato experimental utilizado? Justifique. (2 escores)