RELATÓRIO DE FISICA EXPERIMENTAL I - EXPERIMENTO I - MRU

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<p>UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ – CAMPUS SEDE</p><p>CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS</p><p>DEPARTAMENTO DE FÍSICA</p><p>FÍSICA EXPERIMENTAL 1 – 7241/9</p><p>EXPERIMENTO I – MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORME (MRU)</p><p>(Equações de Cinemática)</p><p>Professor:</p><p>Fernando Rodrigues</p><p>Acadêmicas:</p><p>Rebeca Carneiro Alfaia RA141479</p><p>Vitoria Emanuely da Silva RA141477</p><p>Turma: 9</p><p>Maringá – Paraná</p><p>2024</p><p>1. Resumo</p><p>O experimento realizado no Laboratório de Física da Universidade Estadual de</p><p>Maringá - UEM - Campus Sede possui como principal objetivo estudar o Movimento</p><p>Retilíneo Uniforme (MRU). A prática em questão apresentada utiliza materiais</p><p>específicos, onde foi necessário um ambiente próprio para ser realizado,</p><p>disponibilizados pelo Laboratório de Física. Ao descrever o experimento procurou-se</p><p>fazer um roteiro seguindo todo processo realizado e que fosse possível sua</p><p>compreensão. O experimento descrito foi baseado no conteúdo do manual de</p><p>laboratório de física, também foi necessário realizar pesquisas em sites e livros, os</p><p>quais estão listados nas referências.</p><p>2. Introdução Geral</p><p>A Mecânica é um dos campos de estudo da Física, responsável pelos</p><p>movimentos dos corpos, bem como suas evoluções temporais e as equações</p><p>matemáticas que os determinam. É um estudo de grande importância, com diversas</p><p>aplicações, como exemplo na Geologia, com o estudo dos movimentos das placas</p><p>tectônicas; na Medicina, com o estudo do mapeamento do fluxo de sangue;</p><p>na Astronomia com as análises dos movimentos dos planetas etc.</p><p>Foi Isaac Newton (1643-1727) com a ajuda de Galileu, os dois iniciaram os</p><p>estudos de mecânica, criando as três leis, a primeira lei ficou conhecida como</p><p>“Primeira lei de Newton”. Galileu Galilei (1564-1642), criou um método experimental e</p><p>verificou nas suas experiências o movimento retilíneo uniforme (MRU).</p><p>A Mecânica é dividida em Cinemática e Dinâmica. Neste estudo será enfatizado</p><p>a Cinemática, conhecida como estudo matemático dos movimentos. O movimento</p><p>uniforme é um de seus temas.</p><p>Dessa forma, a primeira lei de Newton é a síntese das ideias de Galileu relativas</p><p>à inércia. A lei diz: “Na ausência de forças, um corpo em repouso continua em repouso,</p><p>e um corpo em movimento, continua em movimento retilíneo uniforme (MRU)”. Assim,</p><p>tanto Galileu quanto Newton, perceberam que um corpo pode se movimentar sem que</p><p>nenhuma força esteja atuando sobre ele.</p><p>A partir desse contexto sobre as descobertas de Isaac e Galileu, iniciamos o</p><p>estudo sobre o experimento de MRU, aplicado no Laboratório de Física da UEM, onde</p><p>foi possível observar e analisar a prática em questão.</p><p>https://mundoeducacao.uol.com.br/geografia/placas-tectonicas.htm</p><p>https://mundoeducacao.uol.com.br/geografia/placas-tectonicas.htm</p><p>https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/a-historia-astronomia.htm</p><p>https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/cinematica-escalar.htm</p><p>https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/movimento-uniforme.htm</p><p>https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/movimento-uniforme.htm</p><p>3. Objetivos</p><p>Objetivo Geral: Analisar a velocidade de um móvel que se desloca com</p><p>velocidade constante sobre um plano horizontal.</p><p>Objetivos Específicos: Construir um gráfico de espaço em função do tempo</p><p>e obter a velocidade média.</p><p>4. Fundamentação Teórica</p><p>Quando um móvel se desloca com uma velocidade constante, se diz que ele</p><p>está em um movimento uniforme (MU). No caso em que ele se desloca com uma</p><p>velocidade constante em trajetória reta, tem-se um movimento retilíneo uniforme.</p><p>O movimento retilíneo uniforme (MRU) é aquele em que o objeto está</p><p>realizando um movimento em linha reta e com velocidade constante. Assim, distâncias</p><p>iguais são percorridas em um mesmo tempo.</p><p>Como a velocidade não muda, a aceleração do corpo é nula. Um exemplo de</p><p>movimento retilíneo uniforme é quando um carro sai de Maringá até</p><p>Londrina mantendo a velocidade em linha reta.</p><p>Temos que a equação do MRU é dada por:</p><p>Figura 1.</p><p>Caso se tenha diferentes medidas para uma mesma grandeza, utilizamos o</p><p>valor médio, representado pela fórmula média:</p><p>Figura 2.</p><p>O Desvio padrão utilizado no cálculo informa o quanto de variação existe em</p><p>relação à média ou o valor esperado da medida.</p><p>Representado pela fórmula:</p><p>Figura 3.</p><p>5. Desenvolvimento experimental</p><p>5.1 – Materiais Utilizados</p><p>Para realizar o experimento foi utilizado os seguintes materiais: 1 trilho de ar; 1</p><p>compressor de ar; 1 cronômetro digital; 1 móvel; 1 eletroímã; 5 sensores de tempo; 1</p><p>roldana; 1 régua; Fio de linha, 1 massa de aproximadamente 20g com um suporte.</p><p>5.2 – Montagem Experimental</p><p>Na figura 1, temos o equipamento utilizado para o experimento no laboratório</p><p>de Física da UEM, segue descrição conforme manual de laboratório.</p><p>Figura 4 - Equipamento da Azeheb, imagem retirada do manual de</p><p>laboratório de física experimental I da UEM.</p><p>1 - Trilho de ar: Trilho feito de alumínio, oco, em formato triangular. Na base lateral</p><p>possui ao longo de seu comprimento uma escala milimétrica, e nas extremidades</p><p>inferiores reguladores de altura. Possui na sua parte superior furos uniformes, por</p><p>onde sairá o ar.</p><p>2 - Sensores de tempo: são sensores de luz que nos informa o tempo em que o</p><p>móvel passa na devida posição; São cinco sensores, e estes devem estar conectados</p><p>na parte de trás do cronômetro (10), cada qual na sua posição. O primeiro sensor é</p><p>que ativa os demais sensores (tempo inicial).</p><p>3 – Móvel: Este possui um formato triangular que se encaixa na parte superior do</p><p>trilho. Possui um pino central na parte superior, utilizado para acionar os sensores de</p><p>tempo, e em cada lateral devidamente centralizado para colocar massas adicionais</p><p>(pequenos discos metálicos com furos) quando necessários. Também possui dois</p><p>furos nas laterais à direita e à esquerda, onde conectam-se peças metálicas</p><p>dependendo de cada experimento.</p><p>4 - Unidade de fluxo de ar: Gerador de ar que impulsiona o ar para o trilho por meio</p><p>de uma mangueira (5). É um compressor bivolt, possui um controlador de fluxo.</p><p>6 - Suporte lateral: Nas laterais da parte superior do trilho são fixados por meio de</p><p>um parafuso suportes laterais em formato de U, estes possuem um elástico. Estes</p><p>possuem como função, evitar o choque do móvel com a extremidade, bem como sua</p><p>queda.</p><p>7 – Eletroímã: é um dispositivo que utiliza corrente elétrica que gera um campo</p><p>magnético, semelhantes àqueles encontrados nos imãs naturais. Este equipamento</p><p>está fixado em uma das extremidades superiores do trilho, sua função é manter o</p><p>móvel parado nesta posição, quando uma força age sobre o móvel.</p><p>8 - Massas: Massas em formato de discos.</p><p>9 - Acionador do eletroímã: chave seletora nas posições LIGA e DESLIGA. Este está</p><p>conectado tanto ao eletroímã quanto ao cronômetro.</p><p>10 – Roldana: É uma polia situada na extremidade do fio.</p><p>5.3 – Descrição do Experimento</p><p>Em prática, as seguintes atividades foram realizadas no laboratório, conforme</p><p>orientação do professor.</p><p>A- Posicionamos os sensores de tempo sobre o trilho com distanciamento de</p><p>15cm;</p><p>B- Amarramos um fio de linha no suporte do móvel e a outra ponta no suporte</p><p>de massas (aproximadamente 20g);</p><p>C- Ligamos o compressor de ar;</p><p>D- Observou-se a nivelação do trilho.</p><p>E- Fixamos o móvel no eletroímã, este já fixado na extremidade do trilho e com</p><p>a chave na posição LIGA.</p><p>F- Verificamos se o fio de linha estava sobre a roldana e se a massa estava</p><p>sem oscilar.</p><p>G- Ligamos o cronômetro e colocamos em reset.</p><p>H- Desligamos o eletroímã, virando a chave para a posição DESLIGA,</p><p>liberando assim o móvel;</p><p>I- Anotamos os resultados registrados pelo cronômetro.</p><p>J- Repetimos o experimento por 3 vezes.</p><p>5.4 – Dados obtidos experimentalmente</p><p>Os resultados obtidos experimentalmente estão apresentados na Tabela 1:</p><p>Tabela 1: Dados registrados no experimento.</p><p>S(cm) Medida 01 Medida 02 Medida</p><p>03 Medida 04</p><p>15 t1(s) 0,373 t2(s) 0,446 t3(s) 0,451 t4(s) 0,462</p><p>30 t1(s) 0,746 t2(s) 0,890 t3(s) 0,900 t4(s) 0,926</p><p>45 t1(s) 1,113 t2(s) 1,327 t3(s) 1,343 t4(s) 1,381</p><p>60 t1(s) 1,490 t2(s) 1,779 t3(s) 1,804 t4(s) 1,853</p><p>5.5 – Interpretação dos Resultados</p><p>Com os dados obtidos através do experimento, foi possível realizar o cálculo</p><p>do tempo médio de acordo com a fórmula representada na figura 2, os resultados</p><p>estão apresentados na tabela 2.</p><p>Tabela 2: Valores de Tempo Médio</p><p>S(cm) Medida 01 Medida 02 Medida 03 Medida 04 Média t(s)</p><p>15 t1(s) 0,373± 0,001 t2(s)0,446 ±0,001 t3(s) 0,451±0,001 t4(s) 0,462±0,001 0,433 t(s)</p><p>30 t1(s) 0,746± 0,001 t2(s) 0,890±0,001 t3(s) 0,900±0,001 t4(s) 0,926±0,001 0,865 t(s)</p><p>45 t1(s) 1,113±0,001 t2(s) 1,327±0,001 t3(s) 1,343±0,001 t4(s) 1,381±0,001 1,291 t(s)</p><p>60 t1(s) 1,490±0,001 t2(s) 1,779±0,001 t3(s) 1,804±0,001 t4(s) 1,853±0,001 1,7315 t(s)</p><p>Após obter os resultados com o cálculo de tempo médio, é possível fazer o</p><p>cálculo de desvio padrão, para se ter uma noção dos possíveis erros que as medidas</p><p>apresentem.</p><p>a) Primeira medição para 15cm.</p><p>∑ √</p><p>(0,373 − 0,433)2 + (0,446 − 0,433)2 + (0,451 − 0,433)2 + (0,462 − 0,433)2</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ √</p><p>(0,0036 + 0,000169 + 0,000324 + 0,000841)</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ √</p><p>(0,004934)</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ 0,040554490093</p><p>3</p><p>1</p><p>b) Segunda medição pra 30cm.</p><p>∑ √</p><p>(0,746 − 0,865)2 + (0,890 − 0,865)2 + (0,900 − 0,865)2 + (0,926 − 0,865)2</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ √</p><p>0,014161 + 0,000625 + 0,001225 + 0,003721</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ √</p><p>(0,019732)</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ 0,006577333333</p><p>3</p><p>1</p><p>c) Terceira medição para 45cm</p><p>∑ √</p><p>(1,113 − 1,291)2 + (1,327 − 1,291)2 + (1,343 − 1,291)2 + (1,381 − 1,291)2</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ √</p><p>0,031684 + 0,001296 + 0,002704 + 0,0081</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ √</p><p>(0,043784)</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ 0,12080838823</p><p>3</p><p>1</p><p>d) Quarta medição para 60cm.</p><p>∑ √</p><p>(1,490 − 1,7315)2 + (1,779 − 17315)2 + (1,804 − 1,7315)2 + (1,853 − 1,7315)2</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ √</p><p>0,05832225 + 0,00225625 + 0,00525625 + 0,01476225</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ √</p><p>(0,080597)</p><p>3</p><p>3</p><p>1</p><p>∑ 0,163907494236</p><p>3</p><p>1</p><p>Feito o cálculo de desvio padrão para todas as medidas, temos a tabela 3, com</p><p>os respectivos valores.</p><p>Tabela 3: Valores de Tempo Médio e Desvio Padrão</p><p>S(cm) Medida 01 Medida 02 Medida 03 Medida 04 Média t (s)</p><p>15 t1(s) 0,373± 0,001 t2(s)0,446 ±0,001 t3(s) 0,451±0,001 t4(s) 0,462±0,001 0,433 t(s) ±0,0405</p><p>30 t1(s) 0,746± 0,001 t2(s) 0,890±0,001 t3(s) 0,900±0,001 t4(s) 0,926±0,001 0,865 t(s) ±0,0065</p><p>45 t1(s) 1,113±0,001 t2(s) 1,327±0,001 t3(s) 1,343±0,001 t4(s) 1,381±0,001 1,291 t(s) ±0,1208</p><p>60 t1(s) 1,490±0,001 t2(s) 1,779±0,001 t3(s) 1,804±0,001 t4(s) 1,853±0,001 1,7315 t(s) ±0,1639</p><p>Desta forma, podemos então traçar o gráfico do experimento e com ampla visão</p><p>realizar uma análise. Utilizamos a ferramenta de gráficos do Excel para sua</p><p>elaboração, conforme imagem 1.</p><p>Imagem 1 – Plotagem de gráfico do experimento MRU.</p><p>Assim, realizamos o cálculo de Velocidade Média, conforme marcação dos</p><p>pontos em vermelho no gráfico, onde obtivemos o seguinte resultado.</p><p>𝑉𝑚 =</p><p>∆s</p><p>∆t</p><p>𝑉𝑚 =</p><p>60</p><p>0,865</p><p>= 69,36𝑐𝑚/𝑠</p><p>6. Análise</p><p>Através da coleta das medidas e com as fórmulas utilizadas, foi possível notar</p><p>que a reta ficou uniforme, pois pelos conceitos de velocidade média a reta do gráfico</p><p>deve ser uniforme, em qualquer ponto a velocidade tem que ser a mesma, ou seja,</p><p>não variar com o passar do tempo e posições. Mas, podemos dizer que houve um</p><p>pequeno desvio quase imperceptível.</p><p>Com isso, utilizamos as fórmulas de desvio padrão para tentar aproximar os</p><p>valores obtidos nas medições, ressaltando assim a importância de realizar o</p><p>experimento da forma mais padronizada e correta possível.</p><p>7. Conclusões</p><p>Portanto, é importante frisar o uso correto dos equipamentos em laboratórios e</p><p>seguir da forma mais padrão possível a teoria, e mesmo assim ainda é possível haver</p><p>0</p><p>0,433</p><p>0,865</p><p>1,291</p><p>1,7315</p><p>0</p><p>10</p><p>20</p><p>30</p><p>40</p><p>50</p><p>60</p><p>70</p><p>0 0,5 1 1,5 2</p><p>S (</p><p>C</p><p>M</p><p>)</p><p>T(S)</p><p>∆𝑠</p><p>∆t</p><p>erros no trabalho. Os cálculos de desvio padrão ajudam a analisar divergências que</p><p>surgem, ou seja, ressaltando a importância de o cuidado em realizar as medições.</p><p>8. Referência Bibliográfica</p><p>[1] Azeheb – Laboratórios de Física – Manual de Instruções e Guia de Experimentos;</p><p>[2] H. Mukai, P.R.G. Fernandes, Manual de Laboratório Física I– DFI/UEM – 2018;</p><p>[3] A. Campos, E. S. Alves, N. L. Speziali, Física Experimental Básica na Universidade</p><p>– DFI/UFMG – 2018;</p><p>[4] J. Peruzzo, A Física através de Experimentos, Vol I, Mecânica – 2013;</p><p>[5] J. Rosa. Movimento Uniforme – Educa Mais Brasil. 2019. Site:</p><p>https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/movimento-uniforme;</p><p>[6] Movimento Uniforme em Só Física. Virtuous Tecnologia da Informação, 2008-2024.</p><p>Site: em http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Cinematica/mu.php;</p><p>[7] Entendendo a Física – Movimento Uniforme. Site:</p><p>https://entfisica.blogspot.com/p/convite.html.</p><p>https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/fisica/movimento-uniforme</p><p>http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Cinematica/mu.php</p>