A segunda lei de Newton-1 final

Prévia do material em texto

Instituto Federal de Minas Gerais – campus Ouro Preto
Licenciatura em Física
Física Experimental I
A SEGUNDA LEI DE NEWTON – LEI FUNDAMENTAL DA DINÂMICA
Agnaldo Roberto
Matheus Augusto Borges Reis
Ouro Preto
2014
Introdução:
 Na natureza observa-se que tudo se move, não só os animais que geram seus próprios movimentos, mas também os vegetais e minerais são movido pelo vento e água, as folhas e os galhos das arvores, as pedras que rolam nos leitos dos rios, os grãos de areia nos desertos, a lua, a terra e todos os planetas no sistema solar. Como também no mundo dos seres muitos pequeno nada esta parado, a ser observado pelo microscópio, pode ver as bactérias e o seres unicelulares se movimentando. Sendo mais detalhista nota-se que os átomos e as moléculas que compõem tudo que existe estão sempre em movimento.
 Com a segunda lei de Newton, é possível medir a aceleração de im corpo se lhe for dada a massa e a força resultante deles, seguindo a expressão: F = m.a. Onde m é a massa do corpo, a é a aceleração e F é a força resultante.
 A aceleração é uma grandeza vetorial, definida pela cinemática com sendo a taxa de variação da velocidade em função do tempo. Ao ter-se um sistema com aceleração constante, o módulo da mesma é da por a = ∆v/∆t. e pode se obter também a função horaria da posição (x) num movimento retilíneo uniformemente acelerado (MRUV).
 De acordo com a seguinte: X (t) = x0 + v0t + ½ at2 
Sendo:
V0 é a velocidade inicial
x0 é o deslocamento inicial
t é o tempo 
a é aceleração
Objetivos:
Traçar os gráficos S versus T;
Determinar a aceleração do móvel;
Relacionar grandezas forças e aceleração;
Descrição Experimental:
Materiais Utilizados:
01 Trilho de ar (em conformidade com o seu modelo);
01 Roldana menos;
01 Carro 2 com seis pinos;
01 Cerca ativadora com 10 intervalos iguais;
01 Suporte com mola;
01 Suporte M3 com ferrite;
12 Massas acopláveis de 50 g;
01 Gancho para massas;
01 Unidade geradora de fluxo de ar II;
01 mangueira com conexões rápidas;
01 Fio de poliamida de 1,15 m com anéis;
01 Multicronometro com tratamento de dados, rolagem, 5 entradas com : 
01 Fonte de alimentação entrada automática 100 a 240 VCA, saída 5 VCC / 1A;
01 Cerca ativadora transparente de 10 intervalos;
01 Sensor fotoelétrico;
02 Anéis elásticos ortodônticos;
01 Tripé delta com sapatas niveladoras;
01 Mufa de aço com:
Entrada lateral;
Braço horizontal com extremidade para retenção;
Manípulo M5;
01 Dinamômetro com fundo de escala de 5 N e divisão de 0,05 N, com ajuste do zero;
04 Massas acopláveis de aproximadamente 20g;
01 Gancho lastro longo.
Figura 1 - Materiais Utilizados
Procedimentos: 
Um dos alunos montou o equipamento. Observando o nivelamento inicial da base do plano, seguindo o passo a passo de acordo com o roteiro do experimento. 
O outro aluno separou e identificou 4 massas de aproximadamente 20 g cada.
Em seguida, pesou-se a massa 1, utilizando o dinamômetro de 5 N, divisão de 0,05 N, com ajuste do zero. Determinou-se o F1 do experimento, completando a terceira linha da Tabela 1.
Foi adicionado a massa 2 junto a massa 1. Verificou-se o peso e determinou-se o F2 do experimento.
Seguiu-se sucessivamente o procedimento 4, até concluir a a terceira linha da Tabela 1 com as 4 massas, seguido de suas respectivas forças.
Montou-se o carro 2 com a cerca ativadora de 10 intervalos iguais, um gancho, duas massas de 50 g, quatro massas de 20 g, um suporte com ferrita e um suporte com mola. 
Ajustou-se o sensor fotoelétrico de modo que a sombra do inicio do primeiro intervalo da cerca fique tangenciando o orifício do sensor.
Prendeu-se o fio de 1,15 m (fio de tração) no carro 2 e passou-se a extremidade livre sobre a roldana.
Ligou-se a unidade de fluxo de ar e regulou-se.
Preparou-se o Multicronometro para a função F3 10pass 1sens.
Arbitrou-se a posição inicial S0 do móvel A (inicio da cerca ativadora) como sendo zero milímetro.
Posicionou-se o multicronometro na função F3 10pass 1sens e a dianteira do carro 2 posicionado na marca de 800 mm da escala do trilho : 
Aplicou-se a força F1(gancho com massa 1) na ponta livre do fio de tração
Liberou-se o móvel A sob a ação da força F1.
Completou-se a segunda coluna da Tabela 2 com os respectivos intervalos de tempo t transcorridos desde que o móvel foi solto sob a ação da força F1.
Adicionou-se a massa 2 e repetiu-se a aquisição dos intervalos de tempo t transcorridos do movimento do móvel sob a ação da força F2.
Completou-se a terceira coluna da Tabela 1 com os respectivos intervalos de tempo t para o móvel solto sob a ação da força F2.
Procedeu-se da mesma forma, completaram-se todas as colunas da Tabela 1 com os intervalos de tempo t transcorridos do movimento do móvel sob a ação das demais forças F3, F4.
Construiu-se os gráficos S x t do movimento do móvel sob a ação da força F1, F2, F3 e F4.
Utilizaram-se as equações das curvas de tendência obtidas nos gráficos S x t e completou-se a terceira coluna da Tabela 2 com as acelerações obtidas sob as ações das forças F aplicadas.
Construiu-se um gráfico F x a .
Observou-se que F é diretamente proporcional a, de modo que : F = m.a .
	
Resultados e discussões:
	F (N)
	Valor da F aplicada
	F1
	F2
	F3
	F4
	
	0,28**
	0,50**
	0,73**
	0,98**
	S(m)
	
	
	T(s)
	
	0,000
	0,00000
	0,00000
	0,00000
	0,00000
	0,018
	0,34295*
	0,20945*
	0,20250*
	0,19105*
	0,036
	0,46385*
	0,29335*
	0,27920*
	0,25860*
	0,054
	0,54890*
	0,35600*
	0,33580*
	0,30915*
	0,072
	0,61825*
	0,40815*
	0,38230*
	0,35095*
	0,090
	0,67850*
	0,45380*
	0,42265*
	0,38735*
	0,108
	0,73230*
	0,49495*
	0,45885*
	0,41995*
	0,126
	0,78150*
	0,53270*
	0,49190*
	0,44965*
	0,144
	0,82695*
	0,56775*
	0,52250*
	0,47715*
	0,162
	0,86960*
	0,60065*
	0,55115*
	0,50290*
	0,180
	0,90980*
	0,63175*
	0,57825*
	0,52720*
	Média
	
	
	
	
Tabela 1
*incerteza do instrumento digital (0,00001).
**incerteza analógica do dinamômetro (0,0025).
Gráfico demonstrando s X t em cada uma das forças
Gráfico 1 : 
S x t (F1)
		t
	s(m)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,34
	0,018
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,46
	0,036
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,55
	0,054
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,62
	0,072
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,68
	0,090
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,73
	0,108
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,78
	0,126
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,82
	0,144
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,87
	0,162
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,90
	0,180
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Gráfico 2:
S x t (F2)
		t
	s(m)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,21
	0,018
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,29
	0,036
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,35
	0,054
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,41
	0,072
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,45
	0,090
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,49
	0,108
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,53
	0,126
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,57
	0,144
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,60
	0,162
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,63
	0,180
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Gráfico 3: 
S x T (F3)
	
	t
	s(m)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,20
	0,018
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,28
	0,036
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,33
	0,054
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,38
	0,072
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,42
	0,090
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,46
	0,108
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,49
	0,126
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,520,144
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,55
	0,162
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,58
	0,180
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Gráfico 4:
 S x t (F4)
	t
	s(m)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,19
	0,018
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,26
	0,036
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,31
	0,054
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,35
	0,072
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,38
	0,090
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,42
	0,108
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,45
	0,126
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,47
	0,144
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,50
	0,162
	
	
	
	
	
	
	
	
	0,53
	0,180
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Tabela
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	F(N)
	a (m/s²)
	0
	0
	0,28**
	0,386684
	0,50**
	0,871124
	0,73**
	1,00178
	0,98**
	1,187428
Tabela 2
**incerteza analógica do dinamômetro (0,0025).
Cálculo da média da aceleração para cada uma das forças:
 F1 F2
	t
	x
	a
	
	t
	x
	a
	0,34295
	0,018
	0,306084
	
	0,20945
	0,018
	0,820619
	0,46385
	0,036
	0,33464
	
	0,29335
	0,036
	0,836682
	0,5489
	0,054
	0,358457
	
	0,356
	0,054
	0,852165
	0,61825
	0,072
	0,376734
	
	0,40815
	0,072
	0,864416
	0,6785
	0,09
	0,390996
	
	0,4538
	0,09
	0,874065
	0,7323
	0,108
	0,402787
	
	0,49495
	0,108
	0,881721
	0,7815
	0,126
	0,412613
	
	0,5327
	0,126
	0,888045
	0,82695
	0,144
	0,421147
	
	0,56775
	0,144
	0,893466
	0,8696
	0,162
	0,428456
	
	0,60065
	0,162
	0,898053
	0,9098
	0,18
	0,434921
	
	0,63175
	0,18
	0,902011
	
	média
	0,386684
	
	
	média
	0,871124
F3 F4
	t
	x
	a
	
	t
	x
	a
	0,2025
	0,018
	0,877915
	
	0,19105
	0,018
	0,986299
	0,2792
	0,036
	0,923638
	
	0,2586
	0,036
	1,076652
	0,3358
	0,054
	0,957773
	
	0,30915
	0,054
	1,130018
	0,3823
	0,072
	0,985267
	
	0,35095
	0,072
	1,169155
	0,42265
	0,09
	1,007652
	
	0,38735
	0,09
	1,19968
	0,45885
	0,108
	1,025917
	
	0,41995
	0,108
	1,224781
	0,4919
	0,126
	1,04147
	
	0,44965
	0,126
	1,246383
	0,5225
	0,144
	1,054921
	
	0,47715
	0,144
	1,264977
	0,55115
	0,162
	1,066609
	
	0,5029
	0,162
	1,281096
	0,57825
	0,18
	1,076642
	
	0,5272
	0,18
	1,295244
	
	média
	1,00178
	
	
	média
	1,187428
Gráfico 5 : F x a
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	a(m/s²)
	F(N)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	0
	0
	
	
	0,386684
	0,28
	
	
	0,871124
	0,5
	
	
	1,00178
	0,73
	
	
	1,187428
	0,98
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Discussão Final:
 O relatório visa demonstrar a relação da massa com a aceleração e com a força aplicada. Verificou se que a aceleração de um corpo é diretamente proporcional à força resultante nele aplicada.
 No experimento realizado, considerando as forças de diferentes pesos, foi visto que a aceleração do móvel mudava à medida que o valor da força mudava. Para a realização do experimento não foram consideradas, a pequena força de atrito existente entre o ar e carrinho, e peso do fio inextensível.
 No gráfico entre a posição (S) e o tempo (t) foi observado que ele é de tendência de parábola, pois a formula da função do horaria do espaço (∆s = v0t + ½ at2) é uma função do segundo grau, já o gráfico da força versus aceleração (F x a) é um reta ,pois a aceleração é diretamente proporcional à força.
 
Referências:
TIPLER, P. A.; MOSCA, G. Física para Cientistas e Engenheiros. Vol. 1. 5ª ed. Rio de Janeiro, RJ: Livros Técnicos e Científicos, 2006.
http://www.brasilescola.com/fisica/segunda-lei-newton.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Leis_de_Newton
http://educacao.globo.com/fisica/assunto/mecanica/segunda-lei-de-newton.html
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/leisdenewton.php
http://www.mundoeducacao.com/fisica/segunda-lei-newton.htm
http://www.infoescola.com/fisica/2a-lei-de-newton-principio-fundamental-da-mecanica/