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1 UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP CAMPUS SÃO JOSE DO RIO PRETO CURSO DE ENGENHARIA CICLO BÁSICO LABORATÓRIO: PENDULO SIMPLES São José do Rio Preto 2021 2 DISCIPLINA LABORATÓRIO DE FISICA I “Pendulo Simples” COMPONENTES DO GRUPO TURMA EB4T28: RA: Lucas Vicente Cardoso N6105G-2 Daniel Queiroz de Medeiros N636HC-7 São José do Rio Preto 2021 3 Sumário DISCIPLINA LABORATÓRIO DE FISICA I ........................................................................................ 2 1. RESUMO ................................................................................................................................... 4 2. OBJETIVO ................................................................................................................................. 4 3. INTRODUÇÃO TEÓRICA ......................................................................................................... 4 4. PARTE EXPERIMENTAL ......................................................................................................... 6 4.1 MONTAGEM .......................................................................................................................... 6 . ......................................................................................................................................................... 6 4.2 Varie o ângulo e encontre 𝑻: ................................................................................................. 6 Gráfico Ilustrativo: ................................................................................................................................ 6 4.3 Varie o comprimento do pêndulo e encontre 𝑻𝟐: .................................................................. 7 Gráfico Ilustrativo: ................................................................................................................................ 7 5 DISCUSSÃO E CONCLUSÃO .................................................................................................. 8 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................... 8 4 1. RESUMO O pêndulo simples exemplifica um tipo de oscilador harmônico simples, onde um pêndulo ideal passaria infinitas vezes em seu ponto de equilíbrio e sairia devido à existência da energia conservativa. Através deste experimento podemos calcular o valor da aceleração da gravidade local e compararmos com o valor teórico explicando assim as possíveis discrepâncias, o experimento foi realizado com diferentes medidas de comprimento do pêndulo para que fosse possível comparar as diferenças entre as respectivas oscilações. O valor medido mais próximo da aceleração da gravidade real foi com o pêndulo de maior comprimento. Os resultados ficaram distante do esperado, isso se explica devido à imprecisão dos instrumentos utilizados e também pela existência de forças externas como a força de atrito, por exemplo. 2. OBJETIVO O objetivo principal do experimento é obter o valor da gravidade local com o uso de um pêndulo simples, bem como familiarizar os alunos com o experimento do pêndulo simples, essencial para o aprendizado da oscilação harmônica simples. Graças a este experimento também é possível observar uma relação entre o período de oscilação e o comprimento do pêndulo. 3. INTRODUÇÃO TEÓRICA “O movimento circular é o movimento de um corpo que retorna regularmente a uma posição após um período de tempo fixo” (Serway, Raymond A., 2011). Podemos observar este tipo de movimento em nosso cotidiano como a oscilação sonora produzida pelo clarinete, à oscilação produzida pelo pistão do motor do automóvel ou mesmo o movimento de um simples pêndulo, que é experiência de laboratório. O pêndulo simples é um sistema mecânico ideal no qual uma partícula de massa m é suspensa de uma cadeia de massa desprezível de comprimento L. O pêndulo oscila em torno da posição de equilíbrio em duas dimensões, descreve um arco de circunferência. Para ângulos pequenos (menores que 5 °), o período do pêndulo simplesmente depende do comprimento do pêndulo e do valor da aceleração da gravidade. 5 A Figura 1(a) mostra a representação do pêndulo no instante inicial e as forças que agem sobre partícula de massa m. A Figura 1(b) mostra as componentes radial e tangencial da força peso Figura 1 - Representação esquemática de um pêndulo simples A força restauradora 𝐹𝑅 é a componente tangencial da força resultante, de forma que podemos calcular a freqüência angular ω para pequenas amplitudes, ou seja: (1) (2) (3) 6 4. PARTE EXPERIMENTAL 4.1 MONTAGEM Prenda o corpo rígido em forma de barra pelo ponto P e deixe-o oscilar, com uma pequena amplitude, em torno do ponto de equilíbrio. Deixe o pêndulo oscilar por 10 vezes e anote o tempo gasto para as oscilações. Deixe o pêndulo simples completar 10 oscilações e anote o tempo de cada oscilação. Foram utilizados os utensílios: - Régua - Suporte do pêndulo - Peso (massa m) - Fio de prumo que oscila de uma extremidade a outra - Cronometro - Balança - Massa Μ - Placa plana 4.2 Varie o ângulo e encontre 𝑻: Pêndulo Simples Grau 10˚ 10˚ 10˚ 10˚ 10˚ 10˚ Cm 210 80 62 42 33 23 I(m) 2,1 0,8 0,62 0,42 0,33 0,23 T(s) 2,88 1,78 1,56 1,29 1,14 0,95 Gráfico Ilustrativo: 7 4.3 Varie o comprimento do pêndulo e encontre 𝑻𝟐: Pêndulo Simples Grau 10˚ 10˚ 10˚ 10˚ 10˚ 10˚ Cm 210 80 62 42 33 23 I(m) 2,1 0,8 0,62 0,42 0,33 0,23 t²(s) 8,29 3,16 2,45 1,66 1,30 0,91 Gráfico Ilustrativo: y = 0.9896x + 0.8583 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 T(s) y = 3.9478x - 3E-15 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 0 0.5 1 1.5 2 2.5 t²(s) 8 5 DISCUSSÃO E CONCLUSÃO Com todos os procedimentos realizados na prática do pêndulo simples, aprendemos alguns conhecimentos sobre o funcionamento do pêndulo e sua importância para o campo da física por causa de alguns princípios, certas condições têm sido utilizadas como movimento harmônico simples em que a massa do objeto, comprimento da corda, ângulo inicial e a força gravitacional são os fatores necessários para determinar o período. Também se pode entender um pouco mais sobre a gravidade e seu efeito não só em nosso planeta, mas também na vida humana. Processualmente, é um pouco complicado pelo fato de que tem que ser muito cuidadoso ao cronometrar os intervalos, porque se você registrar um valor apressado poderia comprometer o experimento, a gravidade pode ser muito diferente do que foi planejado, entre outros problemas que podem surgir. Finalmente, os valores encontrados nas Tabelas 1 e 2 que viraram apenas por causa da mudança no comprimento, quando a amplitude é alterada, há pouca mudança no intervalo de tempo, mas por serem amplitudes pequenas, essa variação não foi significativa, em relação à mudança de massa acontece à mesma coisa, há uma pequena mudança no período de tempo, mas não tanto. Na análise dos resultados, além dos conhecimentos práticos, agradecemos a total colaboração com a especialista: Taisa, depois de esclarecidas as nossas dúvidas, foram muito cordiais eabriram a porta do laboratório de forma muito acolhedora 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Toda a matemática, física, Pêndulo simples Disponível em: https://www.todamateria.com.br/pendulo-simples/ Acesso 18 set. de 2021. Info escola, Navegando e aprendendo. Por Ana Carolina Bezerra da Silva Disponível em: https://www.infoescola.com/fisica/pendulo-simples/ Acesso 18 set. de 2021 Mundo educação, UOL, pêndulo simples Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/pendulo- simples.htm#:~:text=O%20p%C3%AAndulo%20simples%20%C3%A9%20um,torno%20de%2 0uma%20posi%C3%A7%C3%A3o%20fixa. Acesso 18 set. 2021 Só físico pêndulo simples Disponível em: https://www.todamateria.com.br/pendulo-simples/ https://www.infoescola.com/fisica/pendulo-simples/ https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/pendulo-simples.htm#:~:text=O%20p%C3%AAndulo%20simples%20%C3%A9%20um,torno%20de%20uma%20posi%C3%A7%C3%A3o%20fixa https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/pendulo-simples.htm#:~:text=O%20p%C3%AAndulo%20simples%20%C3%A9%20um,torno%20de%20uma%20posi%C3%A7%C3%A3o%20fixa https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/pendulo-simples.htm#:~:text=O%20p%C3%AAndulo%20simples%20%C3%A9%20um,torno%20de%20uma%20posi%C3%A7%C3%A3o%20fixa 9 https://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/MHS/pendulo.php Acesso 18 set. 2021 Cepa, USP, pêndulo simples “experiência virtual Disponível em: https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-a-Representacao-do-pendulo-simples-no- instante-inicial-e-das-forcas-que_fig1_240972564 Acesso em: 18 set. 2021 https://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/MHS/pendulo.php%20Acesso%2018%20set.%202021 https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-a-Representacao-do-pendulo-simples-no-instante-inicial-e-das-forcas-que_fig1_240972564 https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-a-Representacao-do-pendulo-simples-no-instante-inicial-e-das-forcas-que_fig1_240972564 DISCIPLINA LABORATÓRIO DE FISICA I 1. RESUMO 2. OBJETIVO 3. INTRODUÇÃO TEÓRICA 4. PARTE EXPERIMENTAL 4.1 MONTAGEM 4.2 Varie o ângulo e encontre 𝑻: Gráfico Ilustrativo: 4.3 Varie o comprimento do pêndulo e encontre ,𝑻-𝟐.: Gráfico Ilustrativo: 5 DISCUSSÃO E CONCLUSÃO 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS