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RELATÓRIO DE FÍSICA II LABORATÓRIO 1 Empuxo laboratório 2 Massa – mola LABORATÓRIO 3 pêndulo Simples . . . . . . . . . alunos matrículas alef alvarenga 201511140 anderson soares 201510061 Carlos alberto 201511170 Hédio gabriel 201520726 Sérgio figorelle 201510455 1 10 9 experimento 1 Empuxo introdução Empuxo é uma forca de mesma intensidade, mesma direção e sentido contrário a mesma reta suporte do peso da força-peso, assim o corpo possui um certo peso P e, como há o equilíbrio, deve haver outra força chamada de Empuxo que serve para anular a ação da forca-peso. A força do empuxo pode ser facilmente determinada fazendo a medida do peso aparente do corpo submerso no liquido. É a diferença entre as duas forças que vai indicar se um corpo totalmente imerso em um líquido vai para cima, para baixo ou permanece onde está. A fórmula do empuxo pode ser distinguida da seguinte maneira: Onde: = Empuxo (N) = Densidade do fluido (kg/m³) = Volume do fluido deslocado (m³) g = Aceleração da gravidade (m/s²) materiais utilizados Tripé de apoio Dinamômetro Corpo de prova Béquer Água desenvolvimento do experimento Quando mergulhamos um corpo qualquer em um líquido, verificamos que este exerce, sobre o corpo uma força de sustentação, isto é uma força dirigida para cima, que tende a impedir que o corpo afunde no líquido. Esta força vertical, dirigida para cima, exercida por um líquido sobre um corpo, atua no sentido contrário ao da força peso, que é resultado da atração gravitacional da Terra, esse fenômeno é denominado empuxo do líquido sobre o corpo mergulhado. Ao iniciarmos a parte prática, começamos fazendo a coleta de dados que serão necessários para a determinação da densidade dos dois corpos. Colocamos um dos corpos no dinamômetro que está suspenso pelo tripé de apoio e verificamos que a força F1 exercida pelo mesmo é igual ao peso do corpo cilíndrico. F1 = mg = peso real Abastecemos o béquer com água para mergulhar o corpo cilíndrico. Quando ele é mergulhado, a força F2 que o dinamômetro exerce é igual a: F2 = mg – E = peso aparente Assim, o empuxo E é dado por: E = mg - F2 = F1 - F2 = peso real – peso aparente O empuxo de um corpo sólido imerso em um líquido é dado por: E = d V g Onde d é a densidade do fluido, V o volume do fluido deslocado e g a aceleração da gravidade. resultados P = 0,42 N (peso do corpo fora da água) P = 0,06 N (submerso) Vdeslocado = Vobjeto = 31 ML = 3,1 x 10-4 m3 g = 9,81 m/s² E = P fora – P dentro E = 0,42 – 0,06 E = 0,36 N d = E / V x g d = 0,36 / 3,1 x 10-4 x (9,81) = 118,3 Kg/m³ = 1,183 g/cm³ conclusão Com o experimento, concluímos que quando um corpo se encontra mergulhado em um líquido, duas forças agem sobre ele, a força peso, devido à interação com a gravidade, e o empuxo, que é a força vertical interagindo com o líquido, podendo ser maior conforme a profundidade. Portanto, conseguimos diferenciar o peso do corpo em ar livre e quando mergulhado em algum líquido. Com isso, a análise comprovou o princípio de Arquimedes, onde diz que: "Todo o corpo mergulhado num fluido (líquido ou gás) em repouso, fica sujeito a uma força vertical de baixo para cima, cuja intensidade é igual ao valor do peso do fluido deslocado pelo corpo." Desta forma estamos hábeis para determinar o material de qualquer objeto submerso em um fluido através do experimento e dos cálculos citados no desenvolvimento Referências Bibliográficas TIPLER, Paul A.; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica. 5.ed. LTC, 2006. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; E. WALKER, J. Fundamentos da Física. V. 1. 4.ed.- Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996. YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. F. Física II. 10.ed. Prentice-Hall, 2002. experimento 2 MASSA - MOLA introdução Todo corpo sob a ação de uma força de tração ou de compressão, se deforma. Se ao cessar a atuação dessa força o corpo recupera sua forma primitiva, se diz que a deformação é elástica. Em geral, existe um limite para o valor da força a partir do qual acontece uma deformação permanente no corpo. Dentro do limite elástico, há uma relação linear entre a força aplicada e a deformação, linearidade esta que expressa uma relação geral conhecida como Lei de Hooke. O sistema clássico utilizado para ilustração dessa lei é o sistema massa-mola que é apresentado a seguir no Movimento Harmônico Simples (MHS). materiais utilizados Haste metálica de 6 g Trena Pesos de massas 50 g cada Mola desenvolvimento do experimento Para o movimento harmônico simples, a equação dos movimentos é aplicada à segunda lei linear com uma equação diferencial ordinária com seus coeficientes constantes, a partir da segunda lei de Newton e da lei de Hooke. A aceleração a é igual a derivada segunda de x: Como a força elástica é: Então: Se definirmos , então a solução poderá ser escrita do seguinte modo: E assim teremos a solução geral para x que é a função cosseno Segundo o movimento circular: E Então k é a constante elástica, ou seja, a medida da rigidez da mola. Porém, quando acoplado um corpo de massa m a extremidade da mola, a força que a deformará será a força peso: F = P kx = mg k = . g Na primeira parte do experimento, determinamos a constante k da mola utilizando as equações e variando a massa que a mola sustentava. Na segunda parte, calculamos o período de oscilação através da fórmula estudada. resultados Medimos as deformações a cada aumento da massa na haste e montamos uma tabela e construímos um gráfico que está em anexo. m (Kg) x (m) 0,006 0,005 0,056 0,035 0,106 0,065 0,156 0,07 0,206 0,12 0,256 0,145 Depois calculamos a constante k k = . g ∆m = 0,25 Kg ∆x = 0,14 m g = 9,81 m/s2 k = . 9,81 = 17,51 N/m Então, a partir da constante elástica, calculamos o período, montamos outras tabelas e dois gráficos também em anexo. T (s) T 2 (s 2) 0,116 0,013 0,355 0,112 0,488 0,238 0,593 0,351 0,681 0,463 0,759 0,576 conclusão De acordo com os resultados, pode-se provar que, à medida que se aumenta o peso, o comprimento da mola aumenta proporcionalmente de acordo com a equação enunciada pela lei de Hooke. Consequentemente o período também aumenta cada vez que mais peso é acrescentado, característico do MHS. Outro ponto observado é que em nenhum dos experimentos realizados a mola ultrapassou seu limite de elasticidade, uma vez que, ao serem retirados os pesos, as molas retornaram para a posição inicial. Referências Bibliográficas TIPLER, Paul A.; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica. 5.ed. LTC, 2006. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; E. WALKER, J. Fundamentos da Física. V. 1. 4.ed.- Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996. YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. F. Física II. 10.ed. Prentice-Hall, 2002. experimento 3 PÊNDULO SIMPLES introdução Os movimentos periódicos ou movimentos de oscilação são aqueles que se repetem em intervalos definidos ou indefinidos. Em nosso cotidiano estamos rodeados destes movimentos, como por exemplo, barcos oscilando no cais, movimentos dos pistões nos motores dos carros, vibrações sonoras produzidas por um clarinete, entre outros. E é por isso que as oscilações desempenham um papel fundamental em todos os ramos da física (mecânica, óptica, acústica, etc.). Um exemplo importante desses movimentos é o pêndulo simples. O pêndulo simples consiste em um sistema idealizado composto por um fio de comprimento L. Sua extremidade superior fica fixada a um ponto que permite sualivre oscilação, na extremidade inferior uma massa m é presa. Quando esse corpo é retirado de sua posição de equilíbrio e depois largado, passa a oscilar em um plano vertical, a força restauradora acontece sob a ação da gravidade. materiais utilizados Suporte (tripé) Peso (50 g) Balança Cronômetro digital Trena Fio de barbante desenvolvimento do experimento Num primeiro momento, foram realizadas as contagens do tempo que o pêndulo durava para completar um período. As contagens foram sempre respeitando o mesmo ângulo para comprimentos que iam de 50 a 100 centímetros. L (cm) T1 (s) T2 (s) T3 (s) T4 (s) T5 (s) Tm (s) 50 1,73 1,59 1,64 1,56 1,60 1,624 60 1,77 1,63 1,76 1,59 1,84 1,718 70 1,68 1,70 1,73 1,71 1,78 1,72 80 1,88 1,92 1,95 1,85 1,96 1,912 90 2,11 2,03 2,07 2,18 2,10 2,098 100 2,11 2,09 2,14 2,10 2,19 2,126 Num segundo momento, são realizadas as contagens, porém, num período de 10 oscilações. L (cm) 10 T1 10 T2 10 T3 10 T4 10 T5 10 Tm Tm 50 14,78 14,62 14,68 14,81 14,81 14,74 1,474 60 16,38 16,40 16,56 16,48 16,32 16,438 1,6438 70 17,41 17,51 17,43 17,35 17,38 17,418 1,7418 80 18,37 18,42 18,55 18,27 18,43 18,408 1,8408 90 19,93 19,95 19,65 19,82 19,87 19,844 1,9844 100 20,92 20,88 20,93 20,90 20,87 20,90 2,090 resultados A partir dos valores obtidos, poderemos montar os gráficos de resultados em anexo. conclusão Assim é possível concluir que o movimento de um pêndulo simples não descreve um Movimento Harmônico Simples, já que a força não é proporcional à elongação e sim ao seno dela. No entanto, para ângulos pequenos, o valor do seno do ângulo é aproximadamente igual a este ângulo. Referências Bibliográficas TIPLER, Paul A.; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica. 5.ed. LTC, 2006. HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; E. WALKER, J. Fundamentos da Física. V. 1. 4.ed.- Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1996. YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A. F. Física II. 10.ed. Prentice-Hall, 2002.
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