2 relatorio Leis de Newton fisica experimental UNIFEI 8pts

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Universidade Federal de Itajubá 
 
 
Física experimental. 
Relatório 2 – Leis de Newton 
Professora Carla Patrícia Lacerda Rubinger 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Itajubá-2021 
 
 
 
 
Sumário 
 
 
• Introdução pág. 3 
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• Objetivos e materiais utilizados pág. 4 
• Desenvolvimento pág. 5 
• Conclusão pág. 
• Referências pág. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Introdução 
 Isaac Newton (1643-1727) foi um físico, astrônomo e matemático inglês, um dos legados 
deixados por ele foi a precisa explicação para o movimento dos corpos e a dinâmica do 
movimento, ele relacionou as equações de movimento com o conceito de força, onde se 
baseava em 3 “leis”, que seriam a lei da inércia, o princípio fundamental da dinâmica, e a lei 
da atração e reação. Que posteriormente ficaria conhecidas como “as leis de Newton” 
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 A lei da Inércia- “todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento 
uniforme, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele” ou 
seja, todo corpo permanece em movimento ou em estado de repouso a menos que seja 
aplicada sobre o mesmo uma força resultante. 
 O princípio fundamental da dinâmica (lei de força) - Um corpo que estiver sujeito a uma 
força diferente de zero, ele apresentará uma aceleração no sentido da força aplicada. Em sua 
tradução original é apresentada da seguinte forma “A mudança de movimento é proporcional 
a força motora imprimida e é produzida na direção de linha reta na qual aquela força é 
aplicada” 
 Atração e reação - Ao aplicar uma força em um corpo(ação), esse material produzirá 
uma força de reação, tendo a mesma intensidade e atuando em sentido oposto. Para que tenha 
uma força, dois corpos precisam se interagir, produzindo, consequentemente força de ação e 
reação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Objetivos 
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- Verificar as Leis de Newton experimentalmente; 
 - Efetuar medidas primárias de deslocamento, tempo e massa; 
- Derivar medidas secundárias de velocidade, aceleração e força; 
 - Compreender e explicitar equações de movimento; 
- Construir e analisar gráficos de grandezas cinemáticas; 
 - Obter leis físicas (para o movimento) de forma empírica. 
 
 
 
• Materiais utilizados no experimento 
- Trilho de ar metálico de 2 metros de comprimento com compressor de ar; 
- Carrinho metálico para o trilho (elemento de movimento); 
 - Oito massas de 50g para lastro do carrinho; 
 - Cronômetro Multifuncional digital, com aquisição de dados; 
- Cinco Sensores ópticos de passagem com suportes; 
- Fio, Roldana e Porta-Massas; 
- Massas pendulares: uma de 50g, duas de 10g e uma de 5g; 
- Balança digital. 
-Software SciDAVis para a construção dos gráficos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Desenvolvimento 
 
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1. O experimento utilizou um trilho de ar, (no qual o atrito é desprezível) onde ficou sobre 
uma mesa e o carrinho posicionado no mesmo. O carrinho foi ligado a um porta massas 
através de uma linha, que passa por uma roldana de forma que o porta massas fique 
suspenso. Os sensores ópticos foram posicionados ao longo do trilho, para tanto, 
quando a luz do sensor for cortada o tempo será marcado. Adotou-se um erro fixo de 
±3 mm para as posições dos sensores. 
 Colocou-se 100g de lastro, sendo 50g em cada lado do carrinho. As massas do 
carrinho foram medidas com “mc1= (300,1±0,1) g (com o lastro) e do Porta-Massas “mp1= 
(59,9±0,1) g. Com os dados, foi construída a tabela 1 apresentada a baixo de Posição (mm) e 
Tempo (s) 
Posição (mm) Tempo(s) 
200±3 0,00000±0,00002 
400±3 0,28180±0,00002 
600±3 0,46590±0,00002 
800±3 0,61335±0,00002 
1000±3 0,74530±0,00002 
1200±3 0,86730±0,00002 
1400±3 0,98600±0,00002 
1600±3 1,10160±0,00002 
1800±3 1,21735±0,00002 
 Tabela 1 fornecida pela folha de dados- labfisica2 
 
2. Construiu-se uma segunda tabela “Tempo médio(s) e Velocidade Média(cm/s)”. 
Calculou as medidas dos tempos médios, tmi,i+1=(ti+ti+1)/2 e das velocidades médias, 
Vmi,i+1=(Si+1- Si)/(ti+1-ti) do carrinho, entre cada par adjacente de medidas de posição e 
tempo da Tabela 1. 
Posição Tempo Médio(s) 
± 0,00002 
Velocidade média (cm/s) 
0-1 0,14090 70,97232 ± 1,06465 
1-2 0,37385 108,63661 ± 1,62965 
2-3 0,53963 135,63920 ± 2,03472 
3-4 0,67933 151,57257 ± 2,27374 
4-5 0,80630 163,93443 ± 2,45918 
5-6 0,92665 168,46200 ± 2,52754 
6-7 1,04380 173,01038 ± 2,59532 
7-8 1,15948 172,78618 ± 2,59196 
Tabela 2- Tempo médio(s) e Velocidade Média (cm/s) 
 
 
3. Observando a trajetória descrita pelo carrinho no trilho de ar, podemos notar que há 
duas situações diferentes para o movimento realizado. A primeira durante a queda do 
porta massas onde temos o movimento uniformemente variado, já na segunda situação 
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quando ocorre a queda do porta massas temos então o movimento retilíneo uniforme 
logo a partir da tabela 2 foi feito dois gráficos ajustados para as duas situações 
B (y-intercept) = 49,6014754044719 +/- 1,43488470541864 
A (slope) = 154,870361286924 +/- 3,89600156195909 
 
 
B (y-intercept) = 143,263579909839 +/- 9,48766049078944 
A (slope) = 26,6991432605951 +/- 9,60807774127134 
 
 
 
 
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***No relatório, disserte sobre o comportamento da velocidade média do carrinho ao longo do 
tempo, tendo como base a experiência executada; e o conhecimento da Primeira e da Terceira 
Lei de Newton. - 
Ao observar o comportamento da velocidade média do carrinho ao longo do tempo, nota-se 
que, apesar de haver uma distinção visual na distância demonstrada no gráfico entre os pontos 
experimentais, os ajustes feitos proporcionaram uma função linear que descreve algumas das 
leis de Newton. Quando o carrinho ligado ao porta massas, há nesse momento uma força 
resultante (peso do porta massas), que puxa o carrinho com aceleração constante, mas ao 
mesmo tempo há uma reação do corpo que sofre essa força (carrinho) causando uma tensão no 
fio, representando a 3ª lei de Newton (ação e reação). E após a queda do porta massas a força 
resultante sobre o carrinho seria nula pois estaria entrando em um movimento uniformemente 
retilíneo, por inercia como nos diz a 1ª lei de Newton 
como a lei da inércia ressalta que na ausência de força resultante externa, todo corpo permanece 
em repouso como aconteceu na experiencia quando o carrinho não estava ligado ao porta 
massas, a partir de quando o 
 
 
4. Desenhou-se os diagramas de força sobre o carrinho e calculou as suas acelerações 
teóricas (tendo como suposição que g = 9,78520 m/s2) nas seguintes situações 
A) Durante a queda do Porta-Massas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
B) Após este ter tocado o solo. 
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Compare com os valores obtidos pelo gráfico (o ajuste deve ser feito separadamente para cada 
situação) 
 
 
5. A massa do Porta-Massas foi alterada e medida a massa “mp = (10,0± 0,1) g apenas 
dele. Foi colocado 200g de lastro em cada lado do carrinho e medida a massa “mc2” = 
(600,1± 0,1) g dele. Dada a Tabela 3, com 6 colunas (“ΔS (cm)”, “Δ tm1 (s)”, “Δ tm2 
(s)”, “Δ tm3 (s)”, “Δ tm4 (s)”, “Δ tm5 (s)”) e 4 linhas de dados 
Δs(mm) Δtm1(s) Δtm2(s) Δtm3(s) 
 
Δtm4(s) Δtm5(s) 
 
150 ±3 0,75165 0,62130 0,52235 0,48710 0,44770 
150±3 0,45280 0,37495 0,32005 0,29320 0,26870 
150±3 0,39920 0,33055 0,28335 0,25795 0,23615 
150±3 0,35425 0,29300 0,25160 0,22870 0,20920 
Tabela 3 fornecida pela folha de dados- labfisica2 
A coluna “Δtm1 (s)” da Tabela 3, temos as medidas dos tempos transcorridos da passagem do 
carrinhopelos sensores adjacentes, ou seja, t0-1, t1-2, t2-3 e t3-4, fornecidos pelo 
cronômetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Completamos as colunas da tabela 3, para as seguintes massas extras no Porta-Massas- 
(ensaio 2)5g, (ensaio 3) 10g, (ensaio 4) 15g e (ensaio 5) 20g. 
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 0g 5g 10g 15g 20g 
Δs(cm) Δtm1(s) Δtm2(s) Δtm3(s) Δtm4(s) Δtm5(s) 
15±0,3 0,75165 0,62130 0,52235 0,48710 0,44770 
15±0,3 0,45280 0,37495 0,32005 0,29320 0,26870 
15±0,3 0,39920 0,33055 0,28335 0,25795 0,23615 
15±0,3 0,35425 0,29300 0,25160 0,22870 0,20920 
Tabela 3 com as colunas de massa extra no Porta-Massas. 
 
7. Para cada um dos 5 ensaios, variando a massa do Porta-Massas, criou-se uma Tabela 
(4 a 8) com as medidas dos tempos médios e as velocidades médias entre cada par de 
sensor óptico: 
Formulas utilizadas. 
Tempo médio (s) 
± 0,00002 
Velocidade média (cm/s) 
0,37583 19,95610 ± 0,39912 
0,97805 33,12721 ± 0,66254 
1,40405 37,57515 ± 0,75150 
1,78087 42,34298 ± 0,84686 
Tabela 4 
 
Tempo médio (s) 
± 0,00002 
Velocidade média (cm/s) 
0,31065 24,14293 ± 0,48285 
0,80878 40,00533 ± 0,80010 
1,16153 45,37891 ± 0,90758 
1,47330 51,19454 ± 1,02389 
Tabela 5 
 
Tempo médio (s) 
± 0,00002 
Velocidade média (cm/s) 
0,26118 28,71638 ± 0,57432 
0,68238 46,86768 ± 0,93735 
0,98408 52,93806 ± 1,05876 
1,25155 59,61844 ± 1,19237 
Tabela 6 
 
 
Tempo médio (s) Velocidade média (cm/s) 
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± 0,00002 
0,24355 30,79450 ± 0,61589 
0,63370 51,15962 ± 1,02320 
0,90928 58,15080 ± 1,16632 
1,5260 65,58811 ± 1,31177 
Tabela 7 
 
Tempo médio (s) 
± 0,00002 
Velocidade média (cm/s) 
0,22385 33,50458 ± 0,67010 
0,58205 55,82434 ± 1,11650 
0,83448 63,51895 ± 
1,05715 71,70172 ± 
Tabela 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8. Para cada uma das 5 Tabelas criadas (4-8), foi feito um gráfico de pontos pelo software 
SciDAVis, com o tempo mediano no eixo x e a velocidade média no eixo y. Ajustou 
uma reta e obtivemos a aceleração para cada ensaio 
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B (y-intercept) = 14,1804610407038 +/- 0,54218580488029 
A (slope) = 16,7542163913395 +/- 0,560218801531487 
Aceleração = 16,7542163913395 +/- 0,560218801531487 
 
 
B (y-intercept) = 17,1764504393243 +/- 0,65556660441659 
A (slope) = 24,4357173769094 +/- 0,818513337580629 
Aceleração = 24,4357173769094 +/- 0,818513337580629 
 
 
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B (y-intercept) = 20,9249487946312 +/- 0,773765681471629 
A (slope) = 32,7422562248671 +/- 1,13017523961706 
Aceleração = 32,7422562248671 +/- 1,13017523961706 
 
 
B (y-intercept) = 21,788741385822 +/- 0,837606733614243 
A (slope) = 40,2148509357047 +/- 1,33922598728737 
Aceleração = 40,2148509357047 +/- 1,33922598728737 
 
 
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B (y-intercept) = 23,576431250959 +/- 0,912748804271213 
A (slope) = 48,1481006793831 +/- 1,59257828184954 
Aceleração = 48,1481006793831 +/- 1,59257828184954 
 
9. Tendo conhecimento das massas e as acelerações obtidas por meio dos gráficos, é possível 
calcular a força externa que movimenta o carrinho através da 2º lei de Newton (Princípio 
Fundamental da Dinâmica), sendo a força resultante igual o produto da massa pela aceleração. 
F = m * a 
F = 0,010kg * 0,16754m/s 2 = 0,00168 N 
F = 0,015kg * 0,24436 m/s 2 = 0,00367 N 
F = 0,020kg * 0,32742 m/s 2 = 0,00655 N 
F = 0,025kg * 0,40214 m/s 2 = 0,01005 N 
F= 0,030kg * 0,48148 m/s 2 = 0,01444 N 
 
10. Construímos a Tabela 9, com 2 colunas (“Força Externa (N)”, “Aceleração (cm/s2)”) e 5 linhas 
de dados. 
Força Externa (N) Aceleração (cm/s²) 
0,00168 ± 0,00006 16,754 ± 0,560 
0,00367 ± 0,00013 24,436 ± 0,819 
0,00655 ± 0,00023 32,742 ± 1,139 
0,01005 ± 0,00034 40,214 ± 1,338 
0,01444 ± 0,00048 48,148 ± 1,593 
Tabela 9 - Força Externa (N) e Aceleração (cm/s2) 
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11. Com os dados obtidos na Tabela 9 através dos cálculos, plotamos o gráfico colocando a Força 
Externa no eixo X e a Aceleração no eixo Y e ajustamos uma reta de pontos obtendo o seguinte 
gráfico e seus coeficientes 
 
 
B (y-intercept) = 13,3040547383974 +/- 0,606063131539093 
A (slope) = 2.624,67291412271 +/- 108,242920443087 
 
 
12. Disserte sobre o comportamento do gráfico e o significado dos coeficientes da reta ajustada, 
tendo como base a experiência executada e a Segunda Lei de Newton 
Conforme a Segunda Lei de Newton, mencionada anteriormente, consegue-se fazer uma 
interpretação, a qual seria de que a massa de um corpo é sua medida indireta de inércia, e como no 
experimento o primeiro corpo, Porta-Massas, está sujeito apenas à ação da gravidade, a massa não 
altera sua aceleração, mas sim a força produzida. Entendendo essa ideia e comparando-a com os 
resultados obtidos, à medida que o Porta-Massas aumenta sua carga, a força produzida por ele 
também aumenta e por consequência a aceleração e velocidade do carrinho de trilho. Os coeficientes 
da reta ajustada podem ser interpretados da seguinte forma, apesar de não serem exatos com os 
valores numéricos, utilizam-se deles para moldar a melhor reta que transmita a ideia do gráfico, o 
primeiro coeficiente seria da aceleração inicial(b) do carrinho, decorrente da Força Peso do Porta-
Massas, sem o acúmulo de energia, e a Força Externa(a) seria exatamente esse acúmulo de energia 
cinética que é transferida ao carrinho de acordo com a queda do Porta-Massas. 
 
 
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• Conclusão 
 
Pode-se concluir, com este relatório, que através dos experimentos realizados, foi possível 
verificar-se experimentalmente as 3 Leis de Newton supracitadas. Desta forma, ao efetuar-se 
as medidas primárias de deslocamento, tempo e massa, e também ao analisá-las através das 
tabelas, gráficos e cálculos construídos, observou-se, com clareza, os objetivos esperados nos 
ensaios aplicados. 
 
 
 
 
 
 
 
• Referencias 
 Para a realização deste relatório, utilizamos o material fornecido pela professora Carla 
Patrícia Lacerda Rubinger, docente da universidade federal de Itajubá (UNIFEI), matéria de 
física experimental.