Relatorio 1 - Movimento Vertical

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LABORATÓRIO DE FÍSICA A - GFI126
PROFESSORA: KAREN LUZ BURGOA ROSSO
RELATÓRIO 1 - MOVIMENTO VERTICAL
GUILHERME SALES VITOR
MARIA CLARA DA SILVA
LUIZ FERNANDO FERREIRA MOREIRA
19A
LAVRAS - MG
2022
1
SUMÁRIO
1.RESUMO……………………………………………………………………………………..
2. INTRODUÇÃO……………………………………………………………………………...
3. METODOLOGIA E MATERIAIS…………………………………………………………...
3.1 MATERIAIS UTILIZADOS………………………………………………………………..
4. RESULTADOS……………………………………………………………………………….
5. ANALÍSE…………………………………………………………………………………….
6. CONCLUSÃO……………………………………………………………………………….
7. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………..
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1. RESUMO
O movimento vertical foi muito discutido na física ao longo dos anos, fazendo os
estudantes chegarem à conclusão que corpos em queda livre realizam movimento retilíneo
uniforme.Sendo assim, o trabalho objetiva verificar se uma esfera (bolinha de borracha)
percorrerá a mesma distância em um mesmo intervalo de tempo, comprovando assim que o
movimento vertical é mesmo um movimento retilíneo uniforme. Para isso, três operadores em
locais diferentes, com o auxílio de uma trena e o cronômetro de celular, submeteram uma
esfera (bolinha de borracha) a queda livre repetidas vezes em três alturas diferentes, para
coletar o tempo gasto no percurso. Com os dados em mãos e devidamente calculados, foi
comprovado que o corpo completou o percurso em uma mesma faixa de tempo em uma
mesma altura, mesmo coletando dados em locais diferentes, mostrando que eles realizam
MRU e sua aceleração é igual a gravidade, como previsto. É um trabalho importante pois o
movimento vertical é inúmeras vezes utilizado no dia a dia, e mesmo tendo sido adaptado
para um modelo remoto por conta da pandemia, o trabalho conseguiu mostrar como funciona
o movimento de queda livre.
2. INTRODUÇÃO
Quando um objeto é solto de uma determinada altura, ele realiza movimento vertical
(queda livre), sobre ação da aceleração da gravidade (9,81m/s²). Ele é um movimento
retilíneo uniforme (MRU). Os estudos sobre movimento vertical começaram com Aristóteles.
Ele acreditava que todas as substâncias eram feitas de terra, água, ar e fogo, e portanto, um
corpo tenderia a voltar a sua posição natural (HÜLSENDEGER, 2004). Com isso, ele
afirmava que dois corpos com massas distintas atingiram o solo em momentos diferentes,
sendo que o mais pesado completaria o percurso mais rapidamente que o mais leve, pois o
mesmo buscaria “retornar” para terra (SANTOS e AGUIAR, 2021). Entretanto, Galileu
Galilei o refutou, conduzindo experimentos que o levou a deduzir que dois corpos com
massas diferentes, desprezando a resistência do ar e a aceleração, abandonados da mesma
altura, poderiam chegar ao chão no mesmo instante (SERWAY e JOHN, 2014). A dedução de
Galileu foi comprovada em 1971, quando David Scott soltou simultaneamente na Lua um
martelo e uma pena de falcão, que atingiram o chão no mesmo instante (SERWAY e JOHN,
2014). Os estudos de Galileu sobre queda livre foram muito importantes para o
desenvolvimento da física, auxiliando Isaac Newton a elaborar as leis da mecânica (SANTOS
e AGUIAR, 2021). A partir dessas idéias inúmeros testes foram realizados ao longo da
história para verificar o comportamento dos objetos durante seu declínio. No experimento
realizado foi verificado a relação entre distância e tempo em 3 locais diferentes, realizados
por três operadores diferentes e foi calculada sua aceleração, que é a variação da velocidade
em função do tempo. Como a força de atrito foi desconsiderada, foi utilizada apenas a função
horária da velocidade, a equação 1.
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Como o objeto foi solto do repouso, na altura escolhida, podemos considerar a velocidade
inicial nula e fazer as seguintes considerações:
Com isso, obtemos a fórmula para encontrar a aceleração, dada pela equação 2:
O erro da aceleração foi calculado utilizando a equação 3.
Também foi calculado o tempo médio para cada altura, utilizando a equação 4:
O erro do tempo foi calculado utilizando a equação 5:
Pretende-se que os dados diretos não tenham muitas variações, já que foram
utilizados os mesmos materiais e métodos pelos três executores, mesmo tendo sido
realizados em locais diferentes, já que a força da gravidade é a mesma (9,81 m/s²).
Como o movimento vertical é um um movimento retilíneo uniforme, espera-se que os tempos
coletados sejam parecidos em mesmas alturas, já que percorrerão a mesma distância.
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3. MATERIAIS E METODOLOGIA
3.1. Materiais utilizados:
● Trena
● Esfera (bolinha de borracha)
● Cronômetro
● Câmera do celular
● Caderno para anotações
Figura 1: Esfera (bolinha de borracha) Figura 2: Trena Figura 3: Cronômetro
A esfera (bolinha de borracha) foi posicionada na trena nas marcações 60cm, 90cm e
120cm, que foram utilizados como h nas equações 2 e 3 já apresentadas. Ao soltar o objeto,
perto o suficiente da marcação da altura para considerar a velocidade nula, o cronômetro era
iniciado, sendo interrompido apenas quando a peça atingisse o chão. Anotaram-se os tempos
em que a mesma levou para concluir a queda, que foram utilizadas como t nas equações 2, 3,
4 e 5. Cada um dos três executores, em suas respectivas cidades, repetiram o procedimento 5
vezes para cada altura, dando o total de 15 dados de tempo para cada operador,
contabilizando 30 dados ao todo. O tempo foi medido em segundos e a altura foi medida em
centímetros.
4. RESULTADOS
Tabela 1 - Medidas diretas do experimento.
(60,0±0,1) cm (90,0±0,1) cm (120,0±0,1) cm
(0,39±0,05)s (0,53±0,05)s (0,57±0,05)s
(0,33±0,05)s (0,47±0,05)s (0,65±0,05)s
(0,39±0,05)s (0,46±0,05)s (0,65±0,05)s
(0,39±0,05)s (0,53±0,05)s (0,61±0,05)s
5
(60,0±0,1) cm (90,0±0,1) cm (120,0±0,1) cm
(0,36±0,05)s (0,48±0,05)s (0,61±0,05)s
(0,24±0,05)s (0,33±0,05)s (0,53±0,05)s
(0,30±0,05)s (0,41±0,05)s (0,47±0,05)s
(0,31±0,05)s (0,44±0,05)s (0,46±0,05)s
(0,23±0,05)s (0,37±0,05)s (0,50±0,05)s
(0,34±0,05)s (0,40±0,05)s (0,44±0,05)s
(0,31±0,05)s (0,37±0,05)s (0,49±0,05)s
(0,33±0,05)s (0,40±0,05)s (0,51±0,05)s
(0,29±0,05)s (0,43±0,05)s (0,53±0,05)s
(0,32±0,05)s (0,39±0,05)s (0,50±0,05)s
(0,34±0,05)s (0,41±0,05)s (0,45±0,05)s
As cores indicam cada operador do grupo:
● Rosa: Maria Clara
● Azul: Guilherme Sales
● Verde: Luiz Fernando
Considerando o erro da altura 0,1 cm ou 0,001m. Logo após as medidas diretas foi
calculado primeiramente o tempo médio do movimento vertical realizado em cada uma das
alturas e o seu erro, como a seguir:
● 60cm - ts= (0,39+0,23)/2 = 0,31s Δt= (0,39-0,23)/2 = 0,08s
● 90cm - ts= (0,53+0,33)/2 = 0,43s Δt= (0,53-0,33)/2 = 0,10s
● 120cm - ts= (0,65+0,44)/2 = 0,55s
Tabela 2 - Medidas indiretas do experimento - Aceleração em cada h
(60,0±0,1) cm (90,0±0,1) cm (120,0±0,1) cm
(-7,8±0,2)m/s² (-6,4±0,1)m/s² (-7,3±0,1)m/s²
6
-11,0±0,3)m/s² (-8,1±0,2)m/s² (-5,6±0,1)m/s²
(-7,8±0,2)m/s² (-8,5±0,2)m/s² (-5,6±0,1)m/s²
(-7,8±0,2)m/s² (-6,4±0,1)m/s² (-6,4±0,1)m/s²
(-9,2±0,2)m/s² (-7,8±0,2)m/s² (-6,4±0,1)m/s²
(-14,2±0,5)m/s² (-8,8±0,2)m/s² (-7,9±0,2)m/s²
(-11,0±0,3)m/s² (-6,6±0,1)m/s² (-7,1±0,1)m/s²
(-13,3±0,5)m/s² (-9,7±0,2)m/s² (-8,5±0,2)m/s²
-11,7±0,4)m/s² (-8,5±0,2)m/s² (-7,9±0,2)m/s²
(-7,8±0,2)m/s² (-7,8±0,2)m/s² (-6,4±0,1)m/s²
(-20,8±0,9)m/s² (-16,5±0,5)m/s² (-8,5±0,2)m/s²
-13,3±0,4)m/s² (-10,7±0,3)m/s² (-10,8±0,2)m/s²
(-12,4±0,4)m/s² (-9,2±0,2)m/s² (-11,3±0,3)m/s²
(-22±1)m/s² (-13,1±0,4)m/s² (-9,6±0,2)m/s²
(-10,3±0,3)m/s² (-11,2±0,3)m/s² (-12,3±0,3)m/s²
Tabela 3 - Altura, aceleração e seus respectivos erros.
Altura Aceleração
(0,600 ± 0,001) m (-12,48 ± 6) m/s²
(0,900 ± 0,001) m (-9,73 ± 4) m/s²
(1,200 ± 0,001) m (-8,08 ± 3) m/s²
5. ANÁLISE
Podemos observar de acordo com a tabela 1 (coleta de dados diretos), que mesmo em
alturas diferentes a amplitude dos dados é semelhante, mesmo sendo coletados em locais
diferentes, com nenhum valor absurdo que poderia atrapalhar a interpretação dos dados. As
três colunas da tabela 1 mostram que para as mesmas alturas, os tempo percorridos nas
repetições são bem próximos. Isso mostra que o movimento vertical é realmente um
movimentoretilíneo uniforme, tal como o esperado nas predições teóricas. Levando em
consideração somente o valor médio do tempo em relação a alturas, com seus devidos erros,
o tempo médio das posições 60cm e 90cm e das posições 90cm e 120cm foram os mesmos.
Isso mostra que, ao contrário do esperado, os tempos médios não foram maiores para medidas
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maiores. As acelerações calculadas na tabela 2 se mostraram bem dispersas. Somando e
diminuindo os erros das acelerações médias presentes na tabela 3, foi observado que todas
elas possuem o valor da aceleração da gravidade, já que é a força que atua sobre o objeto,
assim como já apontado na introdução.
6. CONCLUSÃO
Os dados coletados apontam que o objeto levado para percorrer uma mesma altura
será sempre parecido, mesmo em locais diferentes, comprovando que o movimento
vertical é um movimento retilíneo uniforme. Outra observação que pode ser feita é que
a aceleração calculada será próxima ou igual a aceleração da gravidade, já que é a força
que atuará sobre o objeto em queda livre. Essas análises condizem com as esperadas na
introdução.
O tempo médio não foi maior para medidas maiores, e sim igual, ao contrário do
previsto. Isso pode ter ocorrido por inúmeros fatores, como o atraso do operador em
ligar e desligar o cronômetro, já que em casa não se tem a precisão para medir tempo
como os sensores de laboratórios, o formato da tampinha utilizada, já que a mesma
possui um lado aberto, e o atrito que o ar faz com esse lado aberto, que foi
desconsiderado.
7. BIBLIOGRAFIA
SANTOS, Débora Oliveira dos; AGUIAR, José Vicente de Souza. A FORMAÇÃO DE
CONCEITOS SOBRE QUEDA LIVRE DOS CORPOS: UMA ANÁLISE
EPISTEMOLÓGICA À LUZ DE GASTON BACHELARD. Revista Valore, [S.l.], v. 6, p.
449-459, jul. 2021. ISSN 2526-043X. Disponível em: . Acesso em: 09 fev. 2022.
doi:https://doi.org/10.22408/reva602021821449-459.
ÜLSENDEGER, Margarete Jesusa Varela Centeno. Uma análise das concepções dos alunos
sobre a queda dos corpos. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 21, n. 3, p. 377-391,
2004.
SERWAY, Raymond A.; JR., John W J. Princípios de Física vol. 1. São Paulo :
Cengage Learning Brasil, 2014. 9788522116720. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522116720/. Acesso em:
09 fev. 2022.
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