UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS - UFAL
INSTITUTO DE F´ISICA - IF
DISCIPLINA: F´ısica Experimental 1 PROFESSOR: Wandearley Dias
6 - Oscilador massa mola na horizontal
Objetivos
• Determinar a constante el´astica de uma mola. • Investigar a validade da lei de Hooke.
• Determinar o per´ıodo de um oscilador massa-mola e relacionar este per´ıodo com o valor da constante da mola.
Material Utilizado
Material Quantidade
Trilho 120 cm; 1
Fixador de eletro´ım˜a com man´ıpulo; 1
Y de final de curso com roldana raiada; 1
Suporte para massas aferidas - 9 g; 1
Massa aferida de 10 g com furo central de 2,5 mm; 1 Massas aferidas de 20 g com furo central de 2,5 mm de diˆametro; 2 Massas aferidas de 10 g com furo central de 5 mm de diˆametro; 2 Massas aferidas de 20 g com furo central de 5 mm de diˆametro; 4 Massas aferidas de 50 g com furo central de 5 mm de diˆametro; 2
Unidade de fluxo de ar; 1
Cabo de for¸ca tripolar 1,5 m; 1
Mangueira aspirador 1,5 m; 1
Pino para carrinho para fix´a-lo no eletro´ım˜a; 1
Carrinho para trilho de ar; 1
Pino para carrinho para interrup¸c˜ao de sensor; 1
Porcas borboletas; 3
Arruelas lisas; 7
Man´ıpulo de lat˜ao 13 mm; 4
Pino para carrinho com gancho 1
Mola de constante el´astica desconhecida 1
Pino de fixa¸c˜ao da mola do trilho 1
Parte 1 - Determina¸
c˜
ao da constante el´
astica
Procedimento ExperimentalFigura 1: Esquema de montagem do arranjo experimental.
Fonte: Autor (2010)
1. Conferir se o conjunto massa-mola utilizado apresenta-se conforme indicado na figura 2;
- Conferir se o Y de final de curso com roldana raiada est´a fixado na outra extre-midade do trilho;
- Conferir se o pino de fixa¸c˜ao da mola est´a preso numa extremidade do trilho; - Conferir se uma das extremidades da mola est´a presa neste pino;
- Conferir se o carrinho est´a preso `a outra extremidade da mola;
- Certificar que uma extremidade do fio est´a preso em uma das extremidades do carrinho e a outra extremidade do fio no suporte para massas aferidas (9 g);
- Certificar que o trilho de ar dest´a posicionado de maneira que o suporte de massas aferidas n˜ao toque a superf´ıcie da mesa (ou outra qualquer) a medida que a mola ´e esticada;
2. Ligar o sistema de fluxo de ar, ajustando o fluxo de ar no pen´ultimo n´ıvel;
3. Colocar 50g no suporte de massas aferidas; (O alongamento da mola obtido com esta massa ser´a considerado como valor de referˆencia).
4. Medir o comprimento da mola e anotar este valorL0(m) na tabela 2; (Sugest˜ao: utilize o pino central do carrinho como referˆencia).
Tabela 1: Tabela de dados para o experimento de determina¸c˜ao da constante da mola
massa aferida (Kg) Fr(N) L0(m) Lf(m) ∆l(m) K(N/m) 0,020
0,040 0,060 0,080 0,100
hKmi →
5. Acrescentar uma massa de 20 g no suporte de massas aferidas, medir o novo compri-mento da mola e anotar o valor Lf(m) na tabela 2; (Sugest˜ao: utilize o pino central
do carrinho como referˆencia).
6. Repetir o passo anterior, sempre acrescentando 20g no suporte de massas aferidas, at´e completar a tabela 2.
Resultados
• Diante dos valores de tempo coletados no procedimento experimental, preencha as colunas ∆l (Varia¸c˜ao do comprimento da mola) e K (constante da mola).
• Contrua um gr´afico Fr = ∆l para os dados obtidos anteriormente.
• Determine os coeficientes angular e linear do gr´afico e apresente os seus significados f´ısicos.
• Baseado em c´alculos de erro e nos dados da ´ultima coluna, compare o valor m´edio de K com o coeficiente angular do gr´afico Fr = ∆l;
• Apresente a reala¸c˜ao de proporcionalidade entre as grandezas for¸ca e deforma¸c˜ao da mola.
• Relacione a forma do gr´afico Fr= ∆l com a equa¸c˜ao
Parte 2 - Determina¸
c˜
ao do per´ıodo do oscilador
Material Utilizado
Material Quantidade
Trilho 120 cm; 1
Cronˆometro digital multifun¸c˜oes com fonte DC 12 V; 1 Sensores fotoel´etricos com suporte fixador (S1 e S2); 2
Eletro´ım˜a com bornes e haste; 1
Fixador de eletro´ım˜a com man´ıpulo; 1
Y de final de curso com roldana raiada; 1
Suporte para massas aferidas - 9 g; 1
Massa aferida de 10 g com furo central de 2,5 mm; 1 Massas aferidas de 20 g com furo central de 2,5 mm de diˆametro; 2 Massas aferidas de 10 g com furo central de 5 mm de diˆametro; 2 Massas aferidas de 20 g com furo central de 5 mm de diˆametro; 4 Massas aferidas de 50 g com furo central de 5 mm de diˆametro; 2
Cabo de liga¸c˜ao conjugado; 1
Unidade de fluxo de ar; 1
Cabo de for¸ca tripolar 1,5 m; 1
Pino para fixar o carrinho `a mola 1
Mangueira de aspirador 1,5 m; 1
Pino para carrinho para fix´a-lo no eletro´ım˜a; 1
Carrinho para trilho de ar; 1
Pino do carrinho para interrup¸c˜ao de sensor; 1
Porcas borboletas; 3
Arruelas lisas; 7
Man´ıpulo de lat˜ao 13 mm; 4
Pino para carrinho com gancho 1
Mola de constante el´astica desconhecida 1
Pino para fixar a mola no trilho 1
Procedimento Experimental
Utilizaremos um arranjo experimental similar ao apresentado na figura 2. Desta forma, para alcan¸carmos o objetivo descrito anteriormente, n´os iremos:
1. Montar o conjunto utilizado para medi¸c˜ao do tempo conforme indicado na figura 2; - Conferir se o Y de final de curso com roldana raiada est´a fixado na outra extre-midade do trilho;
- Conferir se o pino de fixa¸c˜ao da mola est´a preso numa extremidade do trilho; - Conferir se uma das extremidades da mola est´a presa neste pino;
- Conferir se o carrinho est´a preso `a outra extremidade da mola;
Figura 2: Esquema de montagem do arranjo experimental.
Fonte: Autor (2010)
- Certificar se o trilho de ar dest´a posicionado de maneira que o suporte de massas aferidas n˜ao toque a superf´ıcie da mesa (ou outra qualquer) a medida que a mola ´e esticada;
- Conferir se o conjunto utilizado para medi¸c˜ao do tempo conforme indicado na figura 3;
Figura 3: Esquema de liga¸c˜ao de medida de tempo: cronˆometro, sensor e chave liga-desliga.
Sensor 1 Sensor 2
S S CH 1 2
+
_
liga
desliga
Eletroimã
Fonte: Autor (2010)
2. Ligar o sistema de fluxo de ar, ajustando o fluxo de ar no pen´ultimo n´ıvel; 3. Colocar no suporte de massas aferidas 60g;
4. Ligar o cronˆometro e ajust´a-lo na fun¸c˜aoF5;
5. Colocar o sensor na posi¸c˜ao de equil´ıbrio do carrinho; (tome como referˆencia o pino central do carrinho)
6. Deslocar o carrinho 10cm da posi¸c˜ao de equil´ıbrio;
7. Resetar o cronˆometro, liberar o carrinho e medir o intervalo de tempo para uma os-cila¸c˜ao completa; (N˜ao esque¸ca de anotar os valores na tabela 2)
8. Repetir os passos 6 e 7 at´e obter 3 valores de tempo;
9. Acrescentar 40 g ao carrinho (20 g em cada lado) e repetir o procedimento anterior (passos 5 ao 8 anterior);
Tabela 2: Tabela de dados para o experimento de determina¸c˜ao do per´ıodo do oscilador massa-mola horizontal
Massa oscilanteM(kg) T1(s) T2(s) T3(s) Tm(s) Tm 2
(s2 )
Fonte: Autor (2010)
Resultados
• Diante dos valores de tempo coletados no procedimento experimental, preencha as colunas Tm (per´ıodo m´edio) eTm
2
(per´ıodo m´edio ao quadrado). • Construa o gr´afico Tm =f(M) (per´ıodo experimental m´edio× massa).
• Apresente a rela¸c˜ao de proporcionalidade entre o per´ıodo de oscila¸c˜ao e a massa e compare com a forma do gr´afico Tm =f(M).
• Construa o gr´afico Tm
2
=f(M) (per´ıodo experimental m´edio ao quadrado× massa). • Determine os coeficientes angular e linear do gr´afico Tm
2
=f(M) e apresente os seus significados f´ısicos.
• Utilizando o valor da constante da mola do experimento anterior, determine os valores te´oricos do per´ıodo do movimento oscilat´orio dos sistemas massa-mola.
• Baseado em c´alculos de erro, compare o per´ıodo de oscila¸c˜ao te´orico (calculado) e o per´ıodo de oscila¸c˜ao medido e comente o resultado.
• Baseado em gr´aficos, compare a previs˜ao te´orica do movimento oscilat´orio com o mo-vimento oscilat´orio obtido experimentalmente.
Apresente abaixo a descri¸c˜ao dos fenˆomenos observados e dos dados coletados. Caso seja necess´ario, fa¸ca as anota¸c˜oes em outras folhas. N˜ao esque¸ca de entregar esta(s) folha(s) ao professor ao t´ermino da aula ou da execu¸c˜ao experimento.
