Física I - Mecânica Newtoniana

UNILESTE – CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS

CURSO DE ENGENHARIA – CE

MOVIMENTOS

Relatório apresentado à disciplina de

Física I - Mecânica Newtoniana

Do curso de Engenharia do

Unileste.

CORONEL FABRICIANO-MG

MAIO DE 2013

 

1. INTRODUÇÃO

Com a segundo a 2ª Lei de Newton, é possível medir a aceleração de um corpo se deste mesmo for conhecida a massa e a força resultante aplicada seguindo a expressão:

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 (MUV) 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:

Quando temos um sistema que apresentar aceleração constante, podemos obter uma função horária da posição x num movimento retilíneo uniformemente acelerado (MRUV).

Onde é a posição inicial do objeto, é a velocidade inicial do mesmo, t é o tempo e “a”, a aceleração.

O conceito de movimento, bem como a sua analise é indispensavelmente importantíssima para a ciência. Principalmente para a física, o ideal é compreender o movimento em si. A parte da física que estuda o movimento é chamada de Cinemática.

2. OBJETIVO

Estudar o movimento de um corpo em condições que se aproximam de um sistema sem atrito. Verificar a variação do movimento em determinadas tomadas de tempo, obtendo seus respectivos dados. Fazendo a análise cinemática e dinâmica dos dados observados e relacioná-los.

3. PROCEDIEMNTO EXPERIMENTAL

3.1 - Descrição dos equipamentos:

Trilho de ar

O trilho de ar é especificamente, a trajetória do carrinho. O trilho contém orifícios na sua parte superior, onde uma “compressor de ar”, acoplada a uma de suas extremidades libera ar, ajudando na suspensão do “carrinho”, que movimenta-se quase sem atrito considerável. Na outra extremidade, um eletroimã compõe o conjunto, havendo também uma trena abaixo que somente será utilizada para distanciar o primeiro sensor do “carrinho”.

Trena

Utilizada na obtenção dos valores referentes às distâncias entre dois pontos sobre o trilho de ar, tais como espaço entre as fotocélulas (sensores) e comprimento total do sistema. Graduada em centímetros (cm).

Eletroímã

Instrumento responsável por fixar o carrinho no trilho de ar e mantê-lo parado, fornecendo uma atração eletromagnética sobre a parte metálica traseira desse.

Compressor do fluxo de ar

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".

Nivelador

Instrumento essencial na calibração horizontal do trilho de ar com a mesa, onde esse se localiza, possui um pequeno cilindro parcialmente cheio de fluído, formando uma bolha de ar, e com certas marcações. Proporciona saber se o trilho está nivelado quando esta bolha precipita-se entre as duas marcações do cilindro.

Carrinho

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

Fotocélulas (Sensores)

São instrumentos acoplados no trilho de ar e conectados ao cronômetro, onde será marcado o tempo de conclusão do percurso quando a luz do sensor for interceptado pelo carrinho.

3.2 - Descrição do experimento:

O trilho de ar foi nivelado para simular um plano horizontal. Para isso regulam-se os parafusos existentes na base do trilho, tal que a bolha no nível fique no centro da marcação.

Em uma das extremidades do trilho de ar, situa-se o eletroímã, instrumento que quando ligado contrabalanceia a força peso exercida pela massa suspensa interligada ao “carrinho” por um fio, e já desligado o “carrinho” é impulsionado pela força e adquire movimento.

Assim, fixa-se um fio em uma das extremidades do carrinho e cuja outra extremidade encontra-se um suporte de massa. Este fio passa por uma roldana fixa na extremidade oposta ao eletroímã. O comprimento do fio deve ser o suficiente para que o suporte de massa entre em repouso (sobre um banco, ou a própria bancada) antes que o carrinho passe pelo primeiro sensor.

Os sensores estão conectados através de um fio no cronômetro e registram o tempo quando o carrinho intercepta a luz de cada um deles. O cronômetro deve estar na função F1.

Após o sistema estar pronto, liga-se o compressor de ar, e libera-se o carrinho através de um conector de liga-desliga do eletroímã. Anotam-se os dados dos tempos, e mantendo o compressor de ar ligado, coloca-se o carrinho na sua posição de origem com o eletroímã ligado, zera-se o cronômetro, e libera-se novamente o carrinho. Observar que a massa suspensa deve permanecer parada e não oscilando. Este procedimento foi repetido cinco vezes, calculando o tempo médio e o desvio padrão dos tempos de percurso do carrinho para cada um desses espaços. Posteriormente, para obtenção de mais dados, manteve-se o primeiro sensor na sua posição, e mudou-se a posição dos outros quatros sensores para distâncias diferentes de onde estavam.

3.3