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LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Apresentação 1. OBJETIVO O experimento aborda conceitos que se relacionam com os lançamentos horizontais e as colisões entre os corpos. Para tal, serão utilizadas esferas metálicas e uma rampa de lançamento. As esferas podem ser lançadas individualmente para avaliar o lançamento horizontal, ou em conjunto para tratar as colisões entre os corpos. Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de: descrever como se dão os lançamentos horizontais, assim como os aspectos referentes às colisões se desejar; • tratar de aspectos importantes para o estudo da física como conservação de energia e de momento linear; • utilizar equações matemáticas que descrevem esses movimentos e comparar com o que acontece experimentalmente. • 2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS? O conceito de lançamento horizontal é aplicável sempre que um corpo é lançado com velocidade vertical inicial desprezível, como uma aeronave que voa paralelamente ao solo e deixa cair uma caixa, ou ao empurrarmos um objeto de uma mesa. Já as colisões acontecem cotidianamente sempre que dois objetos se chocam, como em acidentes automotivos ou no choque entre duas bolas de bilhar. 3. O EXPERIMENTO Neste experimento esferas metálicas são postas para rolar em uma plataforma de lançamento, sendo lançadas horizontalmente no final da mesma e colidindo com um papel que registrará os seus alcances. Elas podem ser postas para rolar individualmente analisando apenas os aspectos referentes ao lançamento horizontal das mesmas, ou podem ser colocadas duas esferas na plataforma (uma no início e outra no final aguardando a colisão), para assim tratar das colisões entre os corpos. 4. SEGURANÇA O experimento foi pensando para não trazer riscos físicos, pois os objetos utilizados são leves e pouco nocivos. Mesmo com essas precauções, o uso de equipamentos de proteção individual (EPIs) é de extrema importância para a segurança durante a realização de experimentos. Neste experimento, recomenda-se o uso do jaleco. 5. CENÁRIO Você irá encontrar sobre a bancada do experimento: Rampa de lançamento: equipamento onde se posicionam as esferas para que sejam lançadas. Esferas metálicas: corpos que serão posicionados na rampa afim de se estudar os movimentos dos mesmos. Papéis Ofício e Carbono: papéis utilizados para o registro do alcance das esferas após o lançamento ser realizado. Bons estudos. Sumário teórico Acesse o sumário: 1 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES A compreensão das leis da cinemática e das leis de conservação de energia e quantidade de movimento é fundamental para melhor entendermos os movimentos dos corpos no nosso cotidiano. Todo objeto que é lançado no ar, ou que colide com outro, tem seu movimento regido por um conjunto de leis naturais que nos permitem fazer previsões de suas trajetórias e analisar o que aconteceu com as grandezas físicas envolvidas. A seguir podemos entendê-los, dividindo-os entre “Lançamentos horizontais” e “Colisões”. 1. LANÇAMENTOS HORIZONTAIS: Chamamos de lançamento horizontal todo lançamento sob ação da gravidade cujo início se dê a partir de uma altura H do solo, tendo o vetor velocidade inicialmente paralelo ao mesmo, usualmente chamado de vx. Ao desprezarmos a resistência do ar, consideramos que essa componente velocidade vx se mantém constante ao longo da trajetória. Ao mesmo tempo em que se desloca na horizontal, o corpo cai em direção ao solo numa velocidade vy, que é inicialmente nula e aumenta de acordo com a aceleração gravitacional, caracterizando uma queda livre na direção vertical. Aos dois movimentos (nas direções vertical e horizontal) que acontecem ao mesmo tempo, sem que um interfira no outro, damos o nome de princípio da simultaneidade de Galileu. 2 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES A junção dos movimentos, que acontecem nas direções horizontal e vertical, pode ser ilustrada como na figura a seguir: Figura 1 – Junção dos movimentos. Onde: • vx apresenta valor constante, determinado no momento do lançamento; • H é a altura relativa ao solo de onde o corpo foi lançado; • vy pode ser determinado pelas equações da cinemática 𝑣𝑦 2 = 2. 𝑔. 𝐻 ou 𝑣𝑦 2 = 2. 𝑔. 𝐻 • Sendo to tempo de queda, determinado por 𝑡 = √ 2𝐻 𝑔 ; • O alcance A, será então calculado por 𝐴 = 𝑣𝑥 . 𝑡. Como o lançamento horizontal é uma composição de movimento retilíneo uniforme na direção horizontal com um movimento retilíneo uniformemente variado na direção vertical, as equações utilizadas foram as desses respectivos movimentos, fazendo apenas a substituição das incógnitas de aceleração por g, deslocamento vertical por H e deslocamento horizontal por A. Vale reforçar que a velocidade inicial para o movimento vertical é nula, e, portanto, foi suprimida das equações. Naturalmente, essas equações representam apenas aproximações da realidade, haja vista que desprezamos alguns fatores como a resistência do ar. 3 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 2. COLISÕES Quando há uma colisão entre dois ou mais corpos, em circunstâncias em que podemos considerar o sistema isolado (sem ação de forças externas), dizemos que há uma conservação da grandeza física chamada quantidade de movimento, representada usualmente pela letra Q e calculada pela soma dos produtos da massa pela velocidade dos corpos: 𝑄 = ∑ 𝑚𝑖. 𝑣𝑖 Nas aproximações em que essa grandeza se conserva, tempos que: 𝑄𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 𝑄𝑑𝑒𝑝𝑜𝑖𝑠 Ao pegarmos, por exemplo, a situação onde duas esferas colidem frontal e centralmente, como ilustrado na figura 2, teremos que 𝑚𝑎 . 𝑣𝑎 + 𝑚𝑏. 𝑣𝑏 = 𝑚𝑎 . 𝑣𝑎 ′ + 𝑚𝑏. 𝑣𝑏 ′ , ou seja, a quantidade de movimento total antes da colisão, se iguala a quantidade de movimento total após a colisão. Figura 2 – Movimento das esferas após a colisão 4 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES • Coeficiente de restituição: A razão entre a velocidade que os corpos se afastam, após a colisão, e a velocidade que os corpos se aproximam, antes da colisão, é chamada de coeficiente de restituição, normalmente representado pela letra e: 𝑒 = |𝑣𝑏 ′ − 𝑣𝑎 ′ | |𝑣𝑎 − 𝑣𝑏| O valor do coeficiente de restituição é utilizado para determinar o tipo de colisão que ocorreu. Essas colisões podem ser classificadas em: ✓ Perfeitamente elástica: Quando as velocidades de aproximação e afastamento são iguais, o coeficiente de restituição é igual a 1. Este é o valor máximo para o coeficiente, se não considerarmos influências de forças externas. Esse tipo de colisão implica na conservação também da energia cinética do sistema. ✓ Inelástica: Nesse tipo de colisão o coeficiente de restituição é igual a 0. Isso significa que os corpos seguem juntos após a colisão. Há, neste caso, grande dissipação de energia cinética, apesar da conservação de quantidade de movimento. ✓ Parcialmente elástica: Nesse caso, a velocidade de afastamento é menor do que a de aproximação, ou seja, 0 ≤ 𝑒 ≤ 1. Há também dissipação de energia cinética, mas os corpos seguem separados após o choque. Roteiro Acesse o roteiro: 1 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICASEM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES INSTRUÇÕES GERAIS 1. Neste experimento você irá verificar os conceitos relacionados as leis da cinemática e as leis de conservação de energia em um sistema composto esferas metálicas e uma rampa de lançamento. 2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do VirtuaLab. 3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial VirtuaLab” presente neste Roteiro. 4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as instruções para realização desta prática na subseção “Procedimentos”. 5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação de Resultados”. 2 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES RECOMENDAÇÕES DE ACESSO PARA ACESSAR O VIRTUALAB 1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome; 2. Caso utilize o Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox; 3. Feche outros programas que podem sobrecarregar o seu computador; 4. Verifique se o seu navegador está atualizado; 5. Realize teste de velocidade da internet. Na página a seguir, apresentamos as duas principais dúvidas na utilização dos Laboratórios Virtuais. Caso elas não se apliquem ao seu problema, consulte a nossa seção de “Perguntas Frequentes”, disponível em: https://algetec.movidesk.com/kb/pt-br/ Neste mesmo link, você poderá usar o chat ou abrir um chamado para o contato com nossa central de suporte. Se preferir, utilize os QR CODEs para um contato direto por Whatsapp (8h às 18h) ou para direcionamento para a central de suporte. Conte conosco! ATENÇÃO: O LABORATÓRIO VIRTUAL DEVE SER ACESSADO POR COMPUTADOR. ELE NÃO DEVE SER ACESSADO POR CELULAR OU TABLET. O REQUISITO MÍNIMO PARA O SEU COMPUTADOR É UMA MEMÓRIA RAM DE 4 GB. SEU PRIMEIRO ACESSO SERÁ UM POUCO MAIS LENTO, POIS ALGUNS PLUGINS SÃO BUSCADOS NO SEU NAVEGADOR. A PARTIR DO SEGUNDO ACESSO, A VELOCIDADE DE ABERTURA DOS EXPERIMENTOS SERÁ MAIS RÁPIDA. 3 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES PERGUNTAS FREQUENTES 1) O laboratório virtual está lento, o que devo fazer? a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> “Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a opção e reinicie o navegador. b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de máximo desempenho. Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de vídeo instalado na máquina. c) Feche outros aplicativos e abas que podem sobrecarregar o seu computador. d) Verifique o uso do disco no Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) -> “Detalhes”. Se estiver em 100%, feche outros aplicativos ou reinicie o computador. 4 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 2) O laboratório apresentou tela preta, como proceder? a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> “Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a opção e reinicie o navegador. Caso persista, desative a opção e tente novamente. b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de máximo desempenho. Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de vídeo instalado na máquina. c) Verifique se o navegador está atualizado. 5 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO MATERIAIS NECESSÁRIOS • Lançador horizontal; • Esferas metálicas; • Balança; • Papel ofício; • Papel carbono; • Compasso; • Caneta; • Régua graduada. PROCEDIMENTOS PARTE I - LANÇAMENTOS HORIZONTAIS 1. SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Coloque os equipamentos de proteção individual localizados no “Armário de EPIs”. 6 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 2. PREPARANDO O EXPERIMENTO Posicione uma folha de papel ofício sobre o lançador. Utilize o prumo de centro para realizar uma marcação na folha, indicando a projeção ortogonal do final da rampa sobre o papel. Mova a folha de papel carbono sobre a folha de papel ofício. 3. PROMOVENDO OS LANÇAMENTOS HORIZONTAIS Posicione a esfera metálica 2 na altura de 100 mm do lançador e aguarde a conclusão do lançamento horizontal. Repita este procedimento até que a esfera tenha sido lançada 5 vezes da altura indicada. 4. TRATANDO OS DADOS OBTIDOS Remova o papel carbono e com o compasso, faça uma circunferência envolvendo todas as marcações na folha de papel ofício. Utilize a caneta para marcar o centro dessa circunferência. 5. MEDINDO O ALCANCE E CALCULANDO A VELOCIDADE Utilize a régua para medir a distância entre a marcação do final da rampa e o centro da circunferência. Realize os cálculos necessários para encontrar a velocidade. 6. ANALISANDO OS RESULTADOS Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado no experimento. 7. FINALIZANDO O EXPERIMENTO Faça a limpeza de todos materiais utilizados, guarde-os nas gavetas, guarde os EPIs no armário e encerre o experimento. 7 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES PARTE II – COLISÕES 1. ENCONTRANDO AS MASSAS DAS ESFERAS METÁLICAS Ligue a balança e encontre as massas das esferas metálicas 1 e 2. 2. PREPARANDO O EXPERIMENTO Posicione uma folha de papel ofício sobre o lançador. Utilize o prumo de centro para realizar uma marcação na folha, indicando a projeção ortogonal do final da rampa sobre o papel. Mova a folha de papel carbono sobre a folha de papel ofício. 3. PROMOVENDO AS COLISÕES COM LANÇAMENTOS HORIZONTAIS Posicione a esfera metálica 1 na altura de 0 mm e a esfera metálica 2 na altura de 100 mm e aguarde até que as esferas retornem as suas posições iniciais. Repita este procedimento mais 4 vezes, totalizando 5 colisões entre as esferas. 4. TRATANDO OS DADOS OBTIDOS Remova o papel carbono e com o compasso, faça duas circunferências envolvendo todas as marcações causadas por uma mesma esfera na folha de papel ofício. Utilize a caneta para marcar o centro dessas circunferências. 5. MEDINDO OS ALCANCES E CALCULANDO AS VELOCIDADES Utilize a régua para medir as distâncias entre a marcação do final da rampa e os centros das circunferências. Respondaas questões do item 3 das diretrizes gerais. 8 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 6. ANALISANDO OS RESULTADOS Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado no experimento. 7. FINALIZANDO O EXPERIMENTO Faça a limpeza de todos materiais utilizados, guarde-os nas gavetas, guarde os EPIs no armário e encerre o experimento. 9 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 1. Qual foi o valor médio do alcance horizontal para os lançamentos realizados? 2. Qual a velocidade da esfera metálica quando ela perde contato com a rampa? 3. No ensaio de colisão, duas circunferências são marcadas no papel ofício baseada nas marcações feitas pelas esferas. Identifique qual esfera metálica produziu cada circunferência. 4. Qual o alcance de cada esfera metálica no ensaio de colisão? 5. Qual a velocidade de cada uma das esferas metálicas logo após a colisão? 10 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES TUTORIAL VIRTUALAB PARTE I - LANÇAMENTOS HORIZONTAIS CONHECENDO O LABORATÓRIO Para dar início a este laboratório virtual, é necessário que você conheça os principais recursos disponíveis. A janela de Visualização permite selecionar entre quatro opções de câmeras pré- estabelecidas. Elas devem ser utilizadas para que o experimento seja monitorado de um ponto de vista adequado, além de permitir que os principais componentes sejam visualizados da melhor forma possível. Dica: A janela de Visualização pode ser expandida ou recolhida de acordo com a necessidade do usuário, bastando clicar na região do título. 11 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Dica: Em vez de clicar nas opções de visualização, é possível alterar entre as telas disponíveis utilizando os atalhos no teclado, que podem ser vistos ao lado do título de cada câmera. Por exemplo, ao pressionar Alt+3 (as duas teclas devem ser pressionadas simultaneamente), a câmera das Esferas será exibida. Na parte superior direita da tela são disponibilizados alguns botões (em verde e branco) com recursos e informações do laboratório. O botão com engrenagem é utilizado para acessar o menu de OPÇÕES, onde o experimento pode ser reiniciado. O botão com o caderno fornece um bloco de notas que pode ser utilizado para escrever informações obtidas durante a realização do laboratório virtual. Ao posicionar o mouse sobre algum dos objetos do laboratório virtual, será exibido no canto inferior direito da tela os comandos ligados ao objeto. Para realizar uma determinada ação, deve ser utilizado o atalho indicado, que no caso da imagem abaixo, é clicar com o botão direito do mouse. Uma janela com as ações deste objeto será exibida. Clique com o botão esquerdo do mouse na ação que deseja realizar. 12 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 1. SEGURANÇA DO EXPERIMENTO Visualize o armário de EPI’s, acessando a câmera “EPIs”, clicando com o botão esquerdo do mouse no menu superior esquerdo. Abra o armário de EPI’s, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre as portas. 13 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Selecione o EPI necessário para a realização do experimento, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele. Neste experimento será necessário o uso do jaleco. 14 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 2. PREPARANDO O EXPERIMENTO Mova o papel ofício para sob o lançador, clicando com o botão direito do mouse sobre os papeis e selecionando a opção “Colocar sob o lançador”. Utilize o prumo de centro para marcar a projeção ortogonal do final da rampa sobre o papel, clicando com o botão direito sobre o prumo e selecionando a opção “Marcar origem”. 15 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Perceba que uma linha foi feita no papel ofício, indicando a posição inicial para a medida do alcance horizontal. Posicione o papel carbono sobre a folha de papel ofício, clicando com o botão direito do mouse sobre o papel carbono e selecionando a opção “Colocar sobre o papel”. 16 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 3. PROMOVENDO OS LANÇAMENTOS HORIZONTAIS Posicione a esfera metálica 2 no lançador horizontal, clicando com o botão direito do mouse sobre ela e selecionando a opção “Colocar no lançador”. Observe que uma nova janela será exibida com as opções de altura. Selecione a opção de posicionar a esfera metálica em 100 mm. Quando a esfera entrar em contato, a primeira vez, com o papel carbono, uma marca será deixada na folha de papel ofício. Perceba que a esfera vai retornar para a posição inicial dela. Repita o procedimento apresentado neste passo até que a esfera tenha sido lançada 5 vezes da altura indicada. 17 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 4. TRATANDO OS DADOS OBTIDOS Remova o papel carbono posicionado sobre a folha de papel, clicando com o botão direito sobre o papel carbono e selecionando a opção “Remover de ciam do papel”. Utilize o compasso para fazer uma circunferência que envolve todos os pontos marcados na folha, clicando com o botão direito sobre o compasso e selecionando a opção “Circular marcações”. 18 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Com a caneta, assinale o centro da circunferência, clicando com o botão direito sobre a caneta e selecionando a opção “Assinalar centros das marcações”. 19 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Acesse a janela de opções da régua, clicando nela com o botão direito do mouse. Já, para abrir uma janela com a graduação da régua em detalhes, clique com o botão esquerdo do mouse sobre o instrumento. Faça a medição da primeira marcação com a régua, clicando com o botãodireito do mouse sobre o a régua e selecionando a opção “Medir primeira marcação”. Visualize a escala da régua. 5. MEDINDO O ALCANCE E CALCULANDO A VELOCIDADE 20 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Observe que uma nova janela é exibida no canto inferior direito da tela. Clique e arraste o botão para cima e para baixo para deslocar o ponto de vista sobre a régua. Para fechar a janela, clique com o botão esquerdo do mouse no X. Também é possível alterar o modo de visualização para “Região sobre a rampa”. Este modo permite um outro ponto de vista para a medição. Utilize a régua para encontrar o valor médio do alcance horizontal para os lançamentos realizados. Calcule o valor da velocidade da esfera metálica no momento em que ela deixa a rampa utilizando as equações apresentadas no sumário teórico deste laboratório virtual. 21 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 6. ANALISANDO OS RESULTADOS Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado no experimento. 7. FINALIZANDO O EXPERIMENTO Descarte a folha de papel utilizada, clicando com o botão direito do mouse sobre o papel e selecionando a opção “Descartar objeto”. 22 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES PARTE II – COLISÕES 1. ENCONTRANDO AS MASSAS DAS ESFERAS METÁLICAS Ligue a balança, pressionando o botão esquerdo do mouse sobre o botão em destaque. Mova a esfera metálica 1 para a balança, clicando com o botão direito do mouse sobre a esfera e selecionando a opção “Colocar na balança”. Verifique sua massa em gramas. 23 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Retorne com a esfera metálica 1 para sua posição inicial, clicando com o botão direito sobre a esfera e selecionando a opção “Colocar na posição e inicial”. Mova a esfera metálica 2 para a balança, clicando com o botão direito do mouse sobre a esfera e selecionando a opção “Colocar na balança”. Verifique sua massa em gramas. Retorne com a esfera metálica 2 para sua posição inicial. Desligue a balança. 24 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 2. PREPARANDO O EXPERIMENTO Posicione o papel ofício sob o lançador, clicando com o botão direito do mouse sobre o papel e selecionando a opção “Colocar sob o lançador”. Utilize o prumo de centro para marcar a projeção ortogonal do final da rampa sobre o papel, clicando com o botão direito sobre o prumo e selecionando a opção “Marcar origem”. 25 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Perceba que uma linha foi feita no papel ofício, indicando a posição inicial para a medida do alcance horizontal. Posicione o papel carbono sobre a folha de papel ofício, clicando com o botão direito do mouse sobre o papel carbono e selecionando a opção “Colocar sobre o papel”. 26 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Coloque a esfera no lançador, clicando com o botão direito do mouse sobre a esfera e selecionando a opção “Colocar no lançador. Posicione a esfera metálica 1 na altura de 0 mm. Observe que esfera vai ficar parada no final da rampa. 3. PROMOVENDO AS COLISÕES COM LANÇAMENTOS HORIZONTAIS 27 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Posicione a esfera metálica 2 na altura de 100 mm. Repita o procedimento apresentado neste passo até que as esferas tenham colidido e sido lançadas 5 vezes das alturas indicadas. 28 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 4. TRATANDO OS DADOS OBTIDOS Remova o papel carbono posicionado sobre a folha de papel, clicando com o botão direito sobre o papel carbono e selecionando a opção “Remover de cima do papel”. Utilize o compasso para fazer duas circunferências envolvendo todas as marcações causadas por uma mesma esfera na folha de papel ofício, clicando com o botão direito do mouse sobre o compasso e selecionando a opção “Circular marcações”. 29 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Com a caneta, assinale os centros das circunferências, clicando com o botão direito sobre a caneta e selecionando a opção “Assinalar centros das marcações”. 30 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Para acessar a janela de opções da régua, clique nela com o botão direito do mouse. Já para abrir uma janela com a graduação da régua em detalhes, clique com o botão esquerdo do mouse sobre o instrumento. Faça a medição da primeira marcação com a régua. Visualize a escala da régua. 5. MEDINDO OS ALCANCES E CALCULANDO AS VELOCIDADES 31 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Observe que uma nova janela é exibida no canto inferior direito da tela. Clique e arraste o botão para cima e para baixo para deslocar o ponto de vista sobre a régua. Para fechar a janela, clique com o botão esquerdo do mouse no X. Também é possível alterar o modo de visualização para “Região sobre a rampa”. Este modo permite um outro ponto de vista para a medição. Utilize a régua para encontrar o valor médio do alcance horizontal da esfera que produziu as marcações no papel. Nesta primeira medição, a circunferência mais à direita está sendo utilizada como referência. 32 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES Faça a medição da segunda marcação com a régua. Nesta primeira medição, a circunferência mais à esquerda está sendo utilizada como referência. Utilize a régua para encontrar o valor médio do alcance horizontal da esfera que produziu as marcações no papel. Calcule o valor da velocidade para cada esfera metálica logo após a colisão utilizando as equaçõesapresentadas no sumário teórico deste laboratório virtual. 33 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br LABORATÓRIO DE FÍSICA LANÇAMENTOS HORIZONTAIS E COLISÕES 6. ANALISANDO OS RESULTADOS Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi observado no experimento. 7. FINALIZANDO O EXPERIMENTO Descarte a folha de papel utilizada, clicando com o botão direito do mouse sobre o papel e selecionando a opção “Descartar objeto”. Pré Teste 1) Uma aeronave, voando horizontalmente, abandona uma caixa, mantendo a sua velocidade constante durante todo o processo. Desprezando a resistência do ar, o que podemos afirmar a respeito da posição da caixa, com relação ao avião, ao atingir o solo? A) A caixa irá cair em linha reta, ficando para trás da aeronave que segue se movendo para frente; B) Ao abandonar a caixa, ela terá, inicialmente, a velocidade da aeronave. Isso caracterizará um lançamento horizontal, onde a caixa passará à frente da aeronave. C) Ao abandonar a caixa ela terá, inicialmente, a velocidade da aeronave. Isso caracterizará um lançamento horizontal, onde a caixa acompanha a posição horizontal do avião que possui velocidade constante. 2) Três pedras são lançadas do alto de um prédio, como indica a figura. Qual das grandezas físicas é responsável pela diferença da trajetória? A) Aceleração; B) Velocidade vertical (vy); C) Velocidade de lançamento (vx). 3) Analisando a figura a seguir, que compara um movimento de queda livre (movimento retilíneo sob ação da gravidade) com um lançamento horizontal, o que podemos dizer sobre o tempo necessário para as esferas atingirem o solo? A) É maior na queda livre; B) É maior no lançamento horizontal; C) O tempo de queda é igual para ambos. 4) Escolha a grandeza física que é preservada numa situação de choque inelástico entre dois corpos: A) Energia cinética; B) Quantidade de movimento; C) Velocidade. 5) Após uma colisão do tipo (1), os corpos se afastam com a mesma velocidade relativa que se aproximavam anteriormente ao choque. Já no tipo (2), os corpos seguem juntos após a colisão (com mesma velocidade). Os números (1) e (2) referem-se, respectivamente a: A) Inelástica e perfeitamente elástica; B) Parcialmente elástica e inelástica; C) Perfeitamente elástica e inelástica. Experimento Acesse o laboratório: Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Pós Teste 1) Quais fatores reais, quando comparados ao modelo teórico, podem provocar diferenças experimentais? A) Resistência do ar e atrito com a rampa; B) Massa das esferas e resistência do ar; C) Massa das esferas e atrito com a rampa. 2) Qual a importância do uso de papel carbono no experimento realizado? A) Evitar o deslizamento da esfera ao colidir com a mesa; B) Demarcar o papel ofício quando a esfera o atinge, para que seja possível mensurar o alcance do lançamento; C) Reforçar o local que a esfera cai para não causar danos à bancada. 3) Por que a horizontalidade é fundamental no trecho final da plataforma de lançamento do experimento realizado? A) Porque, só assim, é possível garantir a conservação de energia; B) Para garantir o maior alcance possível no lançamento; C) Para que a componente vertical da velocidade de lançamento seja nula, afim de tratarmos o lançamento como exclusivamente horizontal. 4) O coeficiente de restituição, grandeza que determina o grau de elasticidade da colisão, pode ser determinado como: A) a razão entre as quantidades de movimento antes e depois da colisão; B) a razão entre a velocidade de aproximação (velocidade relativa antes do choque de afastamento (velocidade relativa depois do choque); C) a diferença entre o produto das velocidades antes e depois da colisão. 5) O que significa, em termos práticos, dizer que o coeficiente de restituição (de uma colisão é igual a 1? A) Significa que a colisão foi parcialmente elástica; B) Significa que a colisão foi inelástica; C) Significa que a colisão foi perfeitamente elástica.
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