Física Experimental

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Física – Estática e cinemática
Nome do Aluno
1
OBJETIVO
	Essa prática tem como objetivo a validação de conhecimentos discutidos em sala de aula, simulando a relação estática do equilíbrio dos corpos.
 	A figura 1 exemplifica um balanço em equilíbrio. 
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
	Figura 1 – Balanço em equilíbrio
2
 METODOLOGIA
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
1) Abra seu navegador da internet e acesse o site: https://phet.colorado.edu/pt_BR/
	Figura 2 – Página inicial PHET
 METODOLOGIA
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
2) Clique na opção Simulações e depois em Física
	Figura 3 – Página acesso simulações PHET
 METODOLOGIA
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
3) Procure pela simulação: Balanço. Depois clique na mesma.
	Figura 4 – Simulações PHET
 METODOLOGIA
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
4) Clique no botão “play” para rodar a simulação.
	Figura 5 – Inicio da simulação PHET
 METODOLOGIA
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
5) Selecione Laboratório de Equilíbrio.
	Figura 6 – Laboratório de simulação
 METODOLOGIA
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
6) Pronto, agora você está no ambiente de simulação:
	Figura 7 – Laboratório de Simulação
 METODOLOGIA
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
7) Vamos entender a função de cada item:
Opção 1: Mostra o valor das massas conhecidas, a força de cada objeto e o nível. 
Opção 2: Mostra réguas ou a posição em números de cada objeto. Em nossa prática, deixe posicionado a opção “Réguas”. 
Opção 3: Nesse quadro há as massas que serão usadas em nossa prática. Clique algumas vezes na flecha na direita até encontrar massas em formato de presente, chamadas de “Objetos Misteriosos”. 
Opção 4: A simulação começa com a opção de dois pilares de cada lado. Aperte para mudar deixando no estilo gangorra. 
	Figura 8 – Instruções da Simulação
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
8) A primeira etapa da prática é calcular a massa do Objeto Misterioso A, para isso, a sugestão é posicionar a massa de 10kg a 1 metro do eixo de rotação e o objeto misterioso a 0,5m do eixo. Note que o sistema está em equilíbrio. Portanto, usando a somatória dos torques igual a zero, é possível calcular a massa de A.:
	Figura 9 – Etapa 1 prática 1
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Figura 10 – Etapa 1 prática 1
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Etapa 1)
	Para garantir o equilíbrio, o torque de ambos os lados deve ser igual.
	O torque é expresso da seguinte forma:
	No caso do torque realizado pela força peso:
	Consideraremos:
	
Do lado esquerdo temos a massa desconhecida e do lado direito temos o sistema conhecido, escrevendo:
Sendo d a distância ao eixo de rotação.
	Dados:
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Etapa 1)
	
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Etapa 2)
Figura 11 – Etapa 2 prática 1
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Etapa 2)
	Para garantir o equilíbrio, o torque de ambos os lados deve ser igual.
	O torque é expresso da seguinte forma:
	No caso do torque realizado pela força peso:
	Consideraremos:
	
Do lado esquerdo temos a massa A e do lado direito temos a massa B, escrevendo:
Sendo d a distância ao eixo de rotação.
	Dados:
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Etapa 2)
	
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Etapa 3)
	10) a) 
	10 b)
	 
 
Se: 
	10 b)
	 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Etapa 3)
Figura 12 – Etapa 3 prática 1
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
Etapa 3)
Figura 13 – Etapa 3 prática 1
CONCLUSÕES
Quanto mais distante o objeto do eixo, maior o torque gerado;
Quanto maior a massa do objeto, maior é a força aplicada, consequentemente, maior o torque;
O torque pode ser gerado por mais de um objeto, gerando um torque resultante.
Prática 1 – Equilíbrio de corpos
OBJETIVO
	Nessa prática foram abordados conceitos relativos ao atrito de objetos e seu coeficiente de atrito, observando os conhecimentos discutidos em sala de aula.	
Prática 2 – Força de Atrito
21
 METODOLOGIA
1) Abra seu navegador da internet e acesse o site: https://phet.colorado.edu/pt_BR/
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 14 – Página inicial PHET
 METODOLOGIA
2) Clique na opção Simulações e depois em Física
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 15 – Página acesso simulações PHET
 METODOLOGIA
3) Procure pela simulação: Forças e Movimento: Noções Básicas. Depois clique na mesma.
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 16 – Simulações PHET
 METODOLOGIA
4) Clique no botão “play” para rodar a simulação.
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 17 – Inicio da simulação PHET
 METODOLOGIA
5) Na sequência, você deve clicar na terceira opção de modo simulação, intitulada “Atrito”
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 18 – Laboratório de simulação
 METODOLOGIA
6) Pronto, agora você está no simulador de Forças e Movimento: Noções Básicas
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 19 – Laboratório de Simulação
 METODOLOGIA
7) Vamos entender a função de cada item:
Opção 1: Nesse quadro consta alguns itens que podem auxiliar na simulação, para nossa atividade, selecione todos os quadrados, mas não altere nada na opção de atrito. 
Opção 2: Usando o cursor do mouse você pode movimentar o objeto, empurrando o boneco em direção a caixa. 
Opção 3 e 4: Essas duas opções mostram alguns objetos e, quando selecionado o quadrado Valores na opção 1, revela a massa de cada objeto. Em nossa prática vamos começar usando o cesto de lixo (100kg), depois usaremos o objeto desconhecido, que é o presente. 
Opção 5: Nessa opção podemos regular a intensidade da força aplicada. Por meio dessa opção que vamos identificar o valor da força de destaque 
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 20 – Instruções da Simulação
 METODOLOGIA
8) Etapa a):
a) Deixe as seguintes opções marcadas e coloque a lata de lixo como objeto no centro:
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 21 – Etapa 1 prática 2
 METODOLOGIA
8) Etapa a):
Eleve a força do boneco até atingir o início do movimento. A força que faz com que atue a força de atrito cinética no objeto é de 251 N. Junto a esse resultado, a força de atrito cinética aparece também, marcando 188 N. Portanto, sabendo desses dados, utilize a segunda lei de Newton para determinar a aceleração. 
Prática 2 – Força de Atrito
	Figura 22 – Etapa 1 prática 2
8) Etapa a)
Prática 2 – Força de Atrito
	A segunda Lei de Newton diz que:
	Observe que devemos considerar a Força resultante do sistema:
	Sabemos que a massa do lixeiro é de 100kg.
	Assim:
	
 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Etapa b)
Prática 2 – Força de Atrito
	Diferenciando conceitos:
	Atrito estático é o atrito que atua em um corpo em repouso, sem movimento.
	Atrito cinético é o atrito que atua quando o corpo está em movimento.
Isolando a equação da força de atrito em função do coeficiente de atrito cinético:
	
	Assim:
Considerando a gravidade como:
	
 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Etapa c)
Prática 2 – Força de Atrito
	O movimento é iniciado quando a força alcança 251N, dessa forma a força de destaque é 250N.
Isolando a equação da força de atrito em função do coeficiente de atrito cinético:
	
	Assim:
Considerando a gravidade como:
	
 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Etapa d) Substitua a lata de lixo pelo objeto desconhecido, no caso o presente. Aumentando gradativamente a força do boneco sobre o presente, observamos que o valor da força que antecede o movimento do corpo é 126N. Sendo assim, já calculado no item anterior o coeficiente de atrito estático, determine a massa do objeto desconhecido
Prática 2 – Força de Atrito
 RESULTADOS E DISCUSSÃO
	Figura 23 – Etapa 4 prática 2
Etapa d) Substitua a lata de lixo pelo objeto desconhecido, no caso o presente. Aumentando gradativamentea força do boneco sobre o presente, observamos que o valor da força que antecede o movimento do corpo é 126N. Sendo assim, já calculado no item anterior o coeficiente de atrito estático, determine a massa do objeto desconhecido
Prática 2 – Força de Atrito
 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Considerando a gravidade como:
Isolando em função da massa:
	
	 
CONCLUSÕES
Após rompido o atrito estático, torna-se mais fácil mover um objeto;
Rompido o atrito estático, é gerada uma força resultante que induz um movimento;
A força aplicada a um corpo depende exclusivamente dos valores da massa, da aceleração do corpo e do atrito.
Prática 2 – Força de Atrito
OBJETIVO
Essa prática tem como objetivo a validação dos conceitos abordados em sala de aula a respeito das transformações da energia mecânica de um corpo.
 
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
37
 METODOLOGIA
1) Abra seu navegador da internet e acesse o site: https://phet.colorado.edu/pt_BR/
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Figura 24 – Página inicial PHET
 METODOLOGIA
2) Clique na opção Simulações e depois em Física
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Figura 25 – Página acesso simulações PHET
 METODOLOGIA
3) Procure pela simulação: Forças e Movimento: Energia na Pista de Skate: Básico. Depois clique na mesma.
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Figura 26 – Simulações PHET
 METODOLOGIA
4) Clique no botão “play” para rodar a simulação.
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Figura 27 – Inicio da simulação PHET
 METODOLOGIA
5) Na sequência, você deve clicar na terceira opção de modo simulação, intitulada “Intro”.
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Figura 28 – Laboratório de simulação
 METODOLOGIA
6) Pronto, agora você está no simulador de Forças e Movimento: Energia na Pista de Skate: Básico
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Figura 29 – Laboratório de Simulação
 METODOLOGIA
7) Vamos entender o que é cada opção da simulação:
Opção 1: Nesse quadro você pode ter uma representação em forma de barras e setorial da alternância entre energia cinética e potencial gravitacional. Além disso, mostra também a grade e um velocímetro sem valores em escala. 
Em nossa atividade, vamos usar apenas a opção grade. Não utilize a opção velocidade, uma vez que os dados não correspondem aos registrados pelo velocímetro. 
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Figura 30 – Instruções da Simulação
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Determine a velocidade que ele atinge no ponto mais baixo da trajetória. Para isso, utilize a conservação da energia mecânica.
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	O Skatista é lançado de uma altura de 5m.
	Pela lei da conservação, a energia mecânica inicial deve ser igual a energia mecânica final.
	Neste problema temos as energias mecânicas dos tipos energia potencial gravitacional e energia cinética, sendo elas representadas pelas seguintes equações:
Sendo:
	M a massa do skatista;
	g – aceleração da gravidade, consideraremos 10m/s²
	h – Altura do lançamento do skatista
	Figura 31 – Etapa 1 Prática 3
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Determine a velocidade que ele atinge no ponto mais baixo da trajetória. Para isso, utilize a conservação da energia mecânica.
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Dessa forma:
	No momento inicial não existe energia cinética, pois a velocidade é nula.
	No momento final não existe energia potencial gravitacional pois o skatista está à altura do solo.
	Assim:
	Podemos excluir a massa por ser um termo comum da equação e podemos isolar em função da velocidade do skatista.
	A velocidade do skatista será:
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Determine a velocidade que ele atinge no ponto mais baixo da trajetória. Para isso, utilize a conservação da energia mecânica.
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Figura 32 – Etapa 2 Prática 3
RESULTADOS E DISCUSSÃO
2) Calcule a velocidade do skatista a uma altura de 2 metros. Para isso compare a energia mecânica do ponto mais baixo da trajetória com a da altura de ℎ = 2𝑚.
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Na altura h=2 teremos energia cinética e potencial gravitacional, dessa forma:
	No momento inicial não existe energia cinética, pois a velocidade é nula.
		Assim:
	Isolando em função da velocidade e excluindo o termo comum da Massa:
RESULTADOS E DISCUSSÃO
3) Assumindo que a massa do skatista seja de 60 kg, qual é a energia cinética do mesmo quando atinge o ponto mais baixo da trajetória saindo de uma altura de 5 metros?
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional
	Sendo a energia cinética definida por:
	
	Logo:
	Figura 33 – Etapa 3 Prática 3
CONCLUSÕES
Desprezando as forças dissipativas, a energia é conservativa e se transforma;
A relação de transformação das energias independe da massa do corpo;
Um corpo pode acumular energia cinética e energia potencial gravitacional ao mesmo tempo.
Prática 3 – Energia cinética e potencial gravitacional