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Universidade Federal De Itajubá Física Experimental- Professora Carla Patrícia Lacerda Relatório 1- Movimento Retilíneo Alunos Itajubá 2021 1. Introdução Movimento é a variação de posição(deslocamento), retilíneo significa que o deslocamento está acontecendo em linha reta. Galileu Galilei evidenciou as equações de movimento, como as grandezas de deslocamento, velocidade, tempo e aceleração se relacionam. Quando vamos analisar o movimento retilíneo, notamos que podem haver a presença natural de forças dissipativas como o atrito, a resistência do ar entre outras, ocorrendo assim a perda de energia em função do tempo, para que possamos analisar o movimento retilíneo de um corpo sem esses empecilhos, utilizaremos um trilho de ar, esse objeto cria uma pequena lâmina de ar entre o trilho e o carrinho de testes, assim o deslocamento do corpo sofre atrito desprezível 1.2 Objetivos -Efetuar medidas primarias de deslocamento e tempo; -Derivar medidas secundarias de velocidade e aceleração; -Compreender e explicar equações de movimento; -Construir e analisar gráficos de grandezas cinemáticas. 1.3 Matérias Utilizados -Trilho de ar metálico de 2 metros de comprimento; -Compressor de ar; -Carrinho metálico para o trilho (elemento em movimento); -Cronometro multifuncional digital, com aquisição de dados; -5 sensores óticos de passagem com suportes; -Calço de madeira; -Paquímetro; -Software Scidavis (para a construção dos gráficos). 2. Experimento 2.1 - Posicionou-se 5 sensores óticos ao longo do trilho. Com a escala do próprio trilho como guia, eles ficaram exatamente nas posições 20, 60, 100, 140 e 180 cm. Para que, quando a luz do sensor for cortada pela placa superior do carrinho, o meio dele (marcado pelo pino de encaixe de das massas) fique exatamente nessas posições. Adotamos um erro fixo de ± 3 mm para as posições dos sensores. Com os 5 ensaios foi anotado a posição medida de cada sensor e preenchemos as colunas de ensaio com as medidas de tempo respectivamente. Calculou-se o tempo médio “tmédio(s)’’ de cada uma das 5 posições, junto com os seus limites de erro estatísticos. Para o primeiro sensor, o desvio padrão é o próprio erro do cronômetro. Posição (cm) Ensaio 1(s) Ensaio 2(s) Ensaio 3(s) Ensaio 4(s) Ensaio 5(s) *Tmédio(s ) 20±0,3 0 0 0 0 0 0,00000± 0,00005 60±0,3 0,88500 ± 0,00005 0,83400 ± 0,00005 0,92500 ± 0,00005 0,90100 ± 0,00005 0,86600 ± 0,00005 0,88220± 0,00005 100±0,3 1,79200 ± 0,00005 1,68900 ± 0,00005 1,87900 ± 0,00005 1,82700 ± 0,00005 1,75400 ± 0,00005 1,78820± 0,00005 140±0,3 2,69000 ± 0,00005 2,54000 ± 0,00005 2,84000 ± 0,00005 2,75000 ± 0,00005 2,64000 ± 0,00005 2,69200± 0,00005 180±0,3 3,61000 ± 0,00005 3,40000 ± 0,00005 3,79000 ± 0,00005 3,68000 ± 0,00005 3,53000 ± 0,00005 3,60200± 0,00005 Tabela 1 com as posições em cm e o tmédio dos ensaios com o trilho da horizontal (nivelado) 2.2 Com a altura do plano inclinado com o paquímetro “h” = (23,00±0,05) mm. O comprimento do trilho inclinado, utilizando a própria escala do trilho de ar, que chamamos de “L” = (1000± 2) mm para essa medida. Foi colocado o calço embaixo do pé unitário do trilho de ar, de modo a incliná- lo na altura “h”. Calculou-se a medida do seno do anglo de inclinação “i” do trilho. Largando o carrinho do alto o trilho, sem impulsioná-lo, anotou os 5 ensaios dos tempos de passagem, preenchendo a tabela 2 assim como feito anteriormente na tabela 1. Colocando a coluna “tmédio (s)” que contém os tempos médios e seus limites de erro estatístico de cada uma das 5 posições. Para o primeiro sensor, o desvio padrão foi o próprio erro do cronômetro. Posição (cm) Ensaio 1(s) Ensaio 2(s) Ensaio 3(s) Ensaio 4(s) Ensaio 5(s) Tmédio(s) 20±0,3 0 0 0 0 0 0,00000± 0,00005 60±0,3 1,14660± 0,00005 1,14930± 0,00005 1,14980± 0,00005 1,15150± 0,00005 1,15220± 0,00005 1,14988± 0,00005 100±0,3 1,86920± 0,00005 1,87400± 0,00005 1,87490± 0,00005 1,87630± 0,00005 1,87770± 0,00005 1,87442± 0,00005 140±0,3 2,44080± 0,00005 2,44660± 0,00005 2,44810± 0,00005 2,44930± 0,00005 2,45090± 0,00005 2,44714± 0,00005 180±0,3 2,92970± 0,00005 2,93600± 0,00005 2,93770± 0,00005 2,93850± 0,00005 2,94020± 0,00005 2,93642± 0,00005 Tabela 2 – Ensaios com o trilho inclinado. Sen(i)= 0,023 Erro (sen(i)=0,00006 2.3 Construímos uma terceira tabela contendo 6 colunas (ΔxA (cm), ΔtA (s), vA (cm/s), ΔxB (cm), ΔtB (s), vB (cm/s)) e 4 linhas. Os índices “A” são referentes aos ensaios com o trilho horizontal. Os índices “B”, referem-se aos ensaios com o trilho inclinado. Calculou-se as medidas das diferenças (Δ) de posição e tempo médio para os sensores adjacentes (1-0, 2-1, 3-2, 4-3). Determinou as velocidades nestes intervalos, para o trilho nivelado e inclinado. Preenchendo a Tabela 3 Sensores ΔxA (cm) ΔtA (s) vA (cm/s) ΔxB (cm) ΔtB (s) vB (cm/s) 1-0 40,0±0,3 0,88220± 0,000005 45,34119± 0,34263 40,0±0,3 1,14988± 0,00005 34,78624 ±0,26241 2-1 40,0±0,3 0,90600± 0,00005 44,15011± 0,33356 40,0±0,3 0,72454± 0,00005 55,20744 ±0,41786 3-2 40,0±0,3 0,90380± 0,00005 44,25758± 0,33420 40,0±0,3 0,57272± 0,00005 69,84216 ±0,52991 4-3 40,0±0,3 0,91000± 0,00005 43,95604± 0,33208 40,0±0,3 0,48928± 0,00005 81.75278 ±0,62150 Tabela 3 – Com os ensaios na horizontal(A), e ensaios inclinados(B) A= Trilho na horizontal MRU B= Trilho inclinado MRUV Através dos dados da tabela 3 calculamos a aceleração utilizando a fórmula ∆V/∆T chegando no resultado de: 0,260300 m/s² 2.4. Com a tabela 3, determinamos o tipo de movimento e suas equações para os casos do trilho nivelado e inclinado No trilho inclinado - Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV), sendo representado e observado melhor graficamente, sua equação é V = vo + a. t No trilho nivelado- Movimento Retilíneo uniforme (MRU), sua equação é S (t) = S0 + v. T 2.5. Com o programa “SciDAVis” inserimos na planilha os dados da tabela 1, colunas, “tmédio(s), e posição(cm). Com o gráfico de pontos e ajustamos o polinômio mais adequado a situação. Anotamos no relatório as medidas com os devidos erros dos coeficientes desse polinômio A função do gráfico é a0+a1*x Coeficientes : a0 = 20,4 ± 0,2 a1=44,3 ±- 0,1 2.6. Repetimos o processo anterior com a tabela 2. Anotamos as medidas dos coeficientes do polinômio ajustado na Folha de Dados. A função do gráfico é a0+a1*x+a2*x^2 Os coeficientes: a0 = 20,0 +/- 0,2 a1 = 21,9 +/- 0,4 a2 = 11,0 +/- 0,1 Através do gráfico encontramos os coeficientes e calculamos a aceleração utilizando a fórmula do MRUV V = vo + a. t dando o resultado de 0,221460 m/s² 2.7 Analisamos criticamente o que representa os valores desses coeficientes em relação às equações de movimento determinadas. O coeficiente linear presente em ambas representa o primeiro ponto, o qual se começa a contar os intervalos entre os sensores, já o coeficiente angular presente também nas duas, porém diferentes um do outro, pode ser interpretado de duas maneiras, na reta indica qual seria a velocidade fixa, e na parábola o ganho gradativo dela, tendo nesse caso uma aceleração, levando menos tempo para ir de um sensor a outro. Em termos de entendimento, o melhor meio para se analisar o movimento é graficamente,pois é possível analisar os dados de forma rápida e perceber visualmente as variações ou não do experimento. Outra maneira de se obter a aceleração do carrinho é utilizando a gravidade e a inclinação em que os trilhos foram colocados. A qual seria: A = g x i A = 9,78520 x 0,023 Encontramos como resultado 0,2250596 m/s 2 3. Conclusão Com a finalização deste relatório, podemos concluir que no trilho nivelado, o movimento ocorreu de forma uniforme (MRU), sem a ação da gravidade, ao inclinar o trilho o movimento se tornou uniformemente variado (MRUV). Por fim, o experimento teve como objetivo apresentar as diferenças entre o movimento uniforme e o movimento uniformemente variado, após várias análises constatamos que foram atendidas as expectativas esperadas através dos ensaios. 4. Referências Para a realização desse relatório, utilizamos o material fornecido pela professora CARLA PATRICIA LACERDA RUBINGER, docente da universidade federal de Itajubá (UNIFEI), matéria de física experimental.
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