Resumo: A importância de se estudar as Leis de Newton a partir de modelos

mais simples é fundamental, um exemplo disso é o trilho de Ar, que apresenta

de forma mais clara o estudo da dinâmica de sistemas, é importante ressaltar

que a aplicação da Segunda Lei de Newton explica fenômenos que ocorrem

em nosso cotidiano, e no caso do Trilho de ar não é diferente, os “carrinhos”

passam sobre o trilho com aceleração constante devido ao peso do corpo

suspenso na extremidade do fio, sendo assim é possível determinar

experimentalmente a aceleração gravitacional local, calcular esta aceleração

adquirida por um sistema sob a ação de uma força constante, também verificar

que a aceleração adquirida por um corpo sob ação de uma força constante é

inversamente proporcional à massa do corpo. Os gráficos e cálculos mostrarão

a aceleração das massas sobre o “carrinho”.

1. Introdução: Este experimento compreende a dinâmica de um Trilho de Ar,

determinando a massa do sistema através das leis de Newton, que

explicam vários comportamentos relativos ao movimento físico, porém o

foco desta pesquisa será a segunda lei, a Lei da Dinâmica.

1º Lei – Inércia

A Lei da Inércia trata dos corpos em equilíbrio, afirmando que quando as forças

atuantes em um corpo se anulam, ele permanecerá em repouso ou em

movimento retilíneo uniforme. Inércia pode se definir como uma resistência

natural dos corpos a alterações no estado de equilíbrio.

2º Lei – Principio Fundamental da Dinâmica

Através da Lei da Dinâmica é possível medir a aceleração de um corpo se do

mesmo for conhecida a massa e a força resultante aplicada, que são duas

grandezas intimamente ligadas, seguindo a expressão:

Fr = m . a

Onde m é a massa do corpo e a é a aceleração. Note que quando a força

resultante é nula então não há aceleração e o corpo está em um movimento

retilíneo uniforme sem a ação de forças (1º Lei de Newton Lei da Inércia).

A aceleração é uma grandeza vetorial definida pela cinemática como sendo a

taxa de variação da velocidade em função do tempo. Quando um sistema

apresenta aceleração constante, o módulo da mesma é dado por:

Em geral, a o módulo da aceleração instantânea é dado por:

A Lei da Dinâmica é válida mesmo se os efeitos da relatividade especial forem

considerados, contudo no âmbito da relatividade a definição de momento de

uma partícula requer alteração, sendo a definição de momento como o produto

da massa de repouso pela velocidade válida apenas no âmbito da física

clássica.

Unidades de força e massa no Sistema Internacional.

Força - Newton (N).

Massa - quilograma (kg)

3º Lei - Principio da Ação e Reação

Segunda a Lei Ação e Reação à força representa a interação física entre dois corpos distintos ou partes distintas de um corpo, se um corpo A exerce uma força em um corpo B, o corpo B simultaneamente exerce uma força de mesma magnitude no corpo A, ou seja, ambas as forças possuem mesma direção, contudo sentidos opostos.

A forma simples de se entender é que a força é a expressão física da interação entre dois entes físicos, há sempre um par de forças a agir em um par de objetos, e não há força solitária sem a sua contra-parte. As forças na natureza aparecem sempre aos pares e cada par é conhecido como uma par ação - reação.

2. Materiais e Métodos

Materiais Utilizados: Trilho de Ar

O equipamento Colchão de Ar também conhecido como Trilho de ar, é um tubo

que recebe um fluxo contínuo de ar e o deixa escapar por pequenos furos

alinhados sobre uma linha imaginária. Este equipamento favorece estudos

mais relevantes como a análise da quantidade de movimento e sua

conservação em sistema com mais de um corpo em movimento, também para

exemplos de queda livre, conservação ou não da energia mecânica, para

choques (elásticos, inelásticos), etc.

Trilho de Ar

Cronômetro Digital

Gerador de fluxo de Ar

Anilhas

Anilhas

Descrição do Experimento:

1. Posicionar os sensores;

3. Ligar o zerar os cronômetros;

4. Colocar o carrinho no trilho com o gerador de fluxo de ar acionado, pouco

antes do primeiro sensor;

5. Colocar a primeira anilha no fio da extremidade e fazer o teste, colocar a

segunda junto a primeira e realizar o teste e assim sucessivamente até o

quinto.

6. Após o final do processo o cronômetro registra o intervalo de tempo que o

carrinho percorre entre um sensor e outro, e através destes dados para calcula-

se a aceleração do carrinho no momento que este passou com os pesos

diferenciados.

3. Resultados e Análise dos Resultados

Análise dos Resultados

Tabela de Medidas

Tabela 01

x0 x1 x2 x3 x4

x(m) 0 200 300 400 500

t(s) 0 0,600 0,752 0,882 0,997

t²(s)² 0 0,36 0,566 0,777 0,94

M = 50 g

Ma = 0,43 kg

Mb = 0,06 kg

Pb = 0,06 x 9,8 = 0,59 N

tg(a) = Cateto Oposto

Cateto Adajcente

tg(a1) = 0,58

0,300

tg(a1) = 1,93

Tabela 02

x0 x1 x2 x3 x4

x(m) 0 200 300 400 500

t(s) 0 0,377 0,471 0,566 0,644

t²(s)² 0 0,142 0,221 0,32 0,414

M = 100 g

Ma = 0,38 kg

Mb = 0,11 kg

Pb = 0,11 x 9,8 = 1,08 N

tg(a) = Cateto Oposto

Cateto Adajcente

tg(a2) = 0,27

0,300

tg(a2) = 0,90

Tabela 03

x0 x1 x2 x3 x4

x(m) 0 200 300 400 500

t(s) 0 0,355 0,446 0,514 0,579

t²(s)² 0 0,126 0,198 0,264 0,335

M = 150 g

Ma = 0,33 kg

Mb = 0,16 kg

Pb = 0,16 x 9,8 = 1,57 N

tg(a) = Cateto Oposto

Cateto Adajcente

tg(a3) = 0,21

0,300

tg(a3) = 0,70

Tabela 04

x0 x1 x2 x3 x4

x(m) 0 200 300 400 500

t(s) 0 0,307 0,380 0,444 0,499

t²(s)² 0 0,094 0,144 0,197 0,249

M = 200 g

Ma = 0,28 kg

Mb = 0,21 kg

Pb = 0,21 x 9,8 = 2,06 N

tg(a) = Cateto Oposto

Cateto Adajcente

tg(a4) = 0,15

0,300

tg(a4) = 0,50

Tabela 05

x0 x1 x2 x3 x4

x(m) 0 200 300 400 500

t(s) 0 0,288 0,353 0,41 0,461

t²(s)² 0 0,082 0,124 0,168 0,212

M = 250 g

Ma = 0,23 kg

Mb = 0,26 kg

Pb = 0,26 x 9,8 = 2,55 N

tg(a) = Cateto Oposto

Cateto Adajcente

tg(a5) = 0,14

0,300

tg(a5) = 0,46

Gráfico 06

Tg(a) = Cateto Oposto

Cateto Adajcente

tg(6) = 0.387 = massa

1,470

tg(6) = 0,283

Ԑ = 0,283 - 0,491 . 100 = 0,283

0,22 . 100 = 0,7 0,283

4. Conclusão

Através deste experimento conclui-se que, o colchão de ar é um

instrumento simples, que minimiza as forças de atrito do trilho, no entanto

desconsideramos a ação do atrito, da resistência do ar e de outras

eventuais forças resistentes ao movimento, com isso resultou que o

módulo dessa aceleração foi maior do que o módulo da aceleração obtida

através do estudo dos dados experimentais que refletem a situação real,

uma vez que as forças resistentes estiveram presentes nos dados

analisados.

Portanto o que se pode analisar do sistema é que o carrinho foi acelerado

devido à ação da tração no fio ocasionada pelo peso do corpo suspenso

na extremidade do fio. Sabendo que só há aceleração quando uma força

atua no sistema, se o corpo suspenso tocasse o chão, a força normal

anularia seu peso que anularia a tração no fio e a resultante do sistema se

tornaria nula, o que deixaria o carrinho numa situação de movimento

retilíneo uniforme, ou seja, com velocidade constante, já que não haveria

aceleração.

5. Bibliografia

http://translate.google.com.br/translate?hl=ptBR&langpair=en%7Cpt&u=htt

p://www2.selu.edu/Academics/Faculty/rallain/plab193/page1/page27/page

27.html

http://pt.wikipedia.org/wiki/Leis_de_Newton