Laboratório 1
Movimentos Retilíneos
Universidade Federal de Itajubá
Instituto de Física & Química
Disciplina de Física I
O estudo do movimento retilíneo de partículas idealizadas é a base da cinemática. Galileu Galilei foi o pioneiro na análise experimental do movimento retilíneo e seus trabalhos evidenciaram as equações de movimento, ou seja, como se relacionam as grandezas deslocamento, velocidade, tempo e
atrito praticamente desprezível. Esta é uma das poucas formas de se obter um movimento retilíneo uniforme.
Materiais:
- Trilho de ar metálico de 2 metros de comprimento; - Compressor de ar;
- Carrinho metálico para o trilho (elemento de movimento); - Cronômetro Multifuncional digital, com aquisição de dados; - 5 Sensores ópticos de passagem com suportes;
- Calço de madeira; - Trena;
- Paquímetro.
FAÇA e/ou ANOTE NA FOLHA DE DADOS:
1) Descreva de forma sucinta o aparato do seu experimento. Pode-se usar um desenho esquemático para auxiliar.
2) Caracterize os instrumentos de medida utilizados (trena, paquímetro e Cronômetro), anotando na sua folha de dados: a) Marca e modelo; b) faixa nominal, precisão e erro (ver DICAS para o cronômetro).
3) Posicione os 5 sensores ópticos ao longo do trilho.Use a escala do próprio trilho como guia. O primeiro sensor deve ficar a cerca de 20 cm da extremidade onde está o elástico impulsionador. Os demais sensores deve ser colocados de modo a termos cerca de 40 cm entre um sensor e outro. Verifique se o carrinho passará pelos sensores sem colisão e se a luz do sensor será cortada apenas pela placa superior do carrinho.
4) Utilize a fita métrica e meça a distância exata entre o primeiro sensor e os demais,ou seja, D01, D02, D03e D04. Iremos adotar um erro fixo de 2mm para estas distâncias.
5) Nivele o trilho de ar. Para efetuar a primeira parte da experiência, precisamos do trilho na horizontal. Para tanto, retire o carrinho do trilho e ligue o compressor de ar, aguardando 5 segundos. Depois coloque o carrinho bem no meio do trilho. Se ele estiver nivelado, o carrinho não fará nenhum movimento preferencial para um dos lados. Caso o faça, nivele o trilho nos parafusos do pé duplo.
6) Construa a Tabela 1 na Folha de Dados com 7 colunas (Posição (cm); t1 (s); t2 (s); t3 (s); t4 (s); t5 (s); tmédio (s)) e 5 linhas. Na coluna “Posição (cm)” anote a posição de cada sensor, adotando o valor 0 (zero) para o primeiro sensor. As demais colunas serão preenchidas com 5 ensaios de medidas de tempo. Não se esqueça que uma Tabela deve ter título em cima, cabeçalho e fonte dos dados no seu pé.
aceleração, frente a natureza do movimento. Esta é a base necessária para compreender movimentos reais mais complexos.
Uma grande dificuldade na análise do movimento retilíneo é a presença natural de forças dissipativas. A fim de eliminar este problema, utilizaremos um trilho de ar, que cria uma pequena lâmina de ar entre o trilho e o carrinho de testes, permitindo-o deslizar com
Experiência Proposta
Objetivos:
- Efetuar medidas primárias de deslocamento e tempo;
- Derivar medidas secundárias de velocidade e aceleração;
- Compreender e explicitar equações de movimento;
FAÇA e/ou ANOTE NA FOLHA DE DADOS:
7) Retire o carrinho do trilho, desligue o compressor. Ligue e prepare o cronômetro multifuncional. O botão pode estar atrás ou na frente, dependendo do modelo. Escolha a função F1, com 5 sensores. No modelo novo é preciso pressionar “ok”, “5” e “não” na pergunta “DIST. ?”. O cronômetro será acionado com a passagem do carrinho pelo primeiro sensor e marcará os intervalos de tempo da passagem por cada sensor.
FAÇA e/ou ANOTE NA FOLHA DE DADOS:
17) Largando o carrinho do alto do trilho, sem impulsioná-lo, faça as 5 medidasdos tempos de passagem, preenchendo a Tabela 2, exatamente como feito com a Tabela 1.
18) Construa a Tabela 3 na Folha de Dados, com 6 colunas (∆xA(cm), ∆tA (s), vmédA (cm/s), ∆xB(cm), ∆tB(s), vmédB (cm/s)) e 4 linhas. Os índices “A” são referentes aos ensaios com o trilho nivelado. Os índices “B”, referem-se aos ensaios com o trilho inclinado.
19) Calcule as medidas das diferenças (∆∆∆∆) de posição e tempo para os sensores adjacentes (1-0, 2-1, 3-2, 4-3). Determine as velocidades médias nestes intervalos, para o trilho nivelado e inclinado. Preencha a Tabela 3.
20) De acordo com os resultados da Tabela 3, determine o tipo de movimento e suas equaçõespara os casos do trilho nivelado e inclinado.
21) Ligue o computador da sua bancada e acione o programa “nPlot”.
Insira na planilha os dados da Tabela 1: colunas “tmédio (s)” e “Posição (cm)”. Faça um gráfico de pontos e ajuste o polinômio mais adequado à situação. Anote na Folha de Dados os valores dos coeficientes (e erros) deste polinômio.
22) Repita o procedimento anterior para os dados da Tabela 2. Anote os valores dos coeficientes do polinômio ajustado na Folha de Dados.
23) Analise criticamente o que são os valores destes coeficientes em relação às equações de movimento determinadas anteriormente. Como o movimento fica melhor determinado, pela análise das tabelas ou graficamente?
24) Ficou evidente que no caso do trilho de ar inclinado, o movimento é uniformemente variado. Você determinou a aceleração de duas maneiras, pelos valores da Tabela 3 e pelo ajuste de polinômio ao segundo gráfico.
Determine, agora, de uma terceira maneira, fazendo a = g ×sen(i), onde g = 9,80665 m/s2 e “i” é a inclinação do trilho. Anote o terceiro valor determinado (e seu erro) para a aceleração e compare-ocom os outros dois determinados anteriormente, sob o ponto de vista da precisão e acurácia da medida.
8) Retire o carrinho do trilho, desligue o compressor. Ligue e prepare o cronômetro multifuncional. O botão pode estar atrás ou na frente, dependendo do modelo. Escolha a função F1, com 5 sensores. No modelo novo é preciso pressionar “ok”, “5” e “não” na pergunta “DIST. ?”. O cronômetro será acionado com a passagem do carrinho pelo primeiro sensore marcará os intervalos de tempo da passagem por cada sensor.
9) Pegue o carrinho, coloque no trilho junte ao elástico impulsionador, puxe-o contra o
elástico e solte-o. Se tudo deu certo, o cronômetro marcará os tempos e indicará “Exp. Finalizado”. Clique em “ver” e “t” para ver os tempos medidos da passagem por cada sensor, em relação ao primeiro.
10) Anote os valores dos tempos na coluna “t1 (s)”. Para a posição 0 (zero) do primeiro sensor, o tempo também será 0 (zero). Cuidado com o erro da medida!
11) Repita a operação outras 4 vezese preencha as colunas “t2 (s)”, “t3 (s)”, “t4(s)”, “t5 (s)”.
12) A última coluna “tmédio (s)” deve conter os tempos médios (e seus limites de erro estatístico) de cada uma das 5 posições.
13) Construa a Tabela 2 na Folha de Dados, igual à Tabela 1.
14) Meça e anote, com o paquímetro, o lado menor do calço (paralelepípedo), o qual chamaremos de “h”.
15) Meça e anote, com a trena, a distância entre os apoios (pés duplo e unitário) do trilho de ar, a qual chamaremos de “L”.
16) Coloque o calço embaixo do pé unitário do trilho de ar, de modo a incliná-lo. Calcule e anote a medida do ângulo de inclinação “i” do trilho (ver DICAS). Se for necessário, reposicione os sensores, verificando se o carrinho não irá se chocar com nenhum deles. O corte de luz do sensor deve ser feito apenas pela placa superior do carrinho.
DICAS:
1) O cronômetro multifuncional digital tem precisão de 1 ms e fundo de escala 99,999 s.
2) A inclinação e seu erro são calculados pelas fórmulas abaixo. Cuidado que o erro da inclinição “i” é dado em radianos!
(((( ))))
((((
))))
(((( ))))
2(((( ))))
2 21 1 ;
)
tan( ⋅⋅⋅⋅ ++++
+ + + + ⋅⋅⋅⋅ = == = =
== =
L L erro
h h erro
L h L
h i erro L
