Experimento 2 - MRU colchão de ar

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Roteiro Experimento:
Movimento Retilíneo Uniformemente: Colchão de ar
2.1 Objetivos Gerais
Ao final deste experimento o aluno deverá
ser capaz de:
 Caracterizar um movimento retilíneo e
uniforme (MRU);
 Calcular a velocidade de um móvel em
MRU;
 Prever a posição futura de um móvel que
se desloca em MRU;
 Construir gráficos: posição x tempo,
velocidade x tempo;
 Determinar a função horária de um
móvel em MRU;
2.2 Materiais necessários
 01 colchão de ar, com um barramento
principal de escala milimétrica, haste
para fixações paralelas, base secundaria,
articulador dianteiro, esfera traseira para
pequenas inclinações com elevação de
um fuso milimétrico (ver Fig. 1);
 01 carro com um imã na cabeceira
direita junto com a haste ativadora dos
sensores e mola na cabeceira esquerda
(ver Fig. 2);
 02 massas acopláveis de 0,5N (ver Fig.
2);
Fig. 1: Colchão de ar.
Fig 2: Carrinho com massas acopladas.
 01 conjunto de bolinhas com conexões
elétricas polarizadas, e um (01) afastado
semiesférico central;
 01 fonte de alimentação para bobinas de
retenção e disparo 127/220 VAC com
chave normalmente aberta;
 01 unidade geradora de fluxo de ar com
mangueira de conexões rápidas
 01 sensor fotoelétrico (Fig. 3);
Fig. 3: Sensor fotoelétrico.
 01 régua de bloqueio com múltiplos
intervalos iguais (ver Fig. 2).
2.3 Introdução
Neste experimento investigam-se os
movimentos unidimensionais de uma
partícula, utilizando-se o trilho de ar. Esse
tipo de equipamento é projetado para
minimizar as forças de atrito, fazendo com
que o corpo se desloque sobre um jato de ar
comprimido, o que elimina o contato direto
entre o corpo e a superfície do trilho, no
qual ele desliza. O corpo que desliza sobre
o colchão de ar é chamado aqui de
carrinho. Ao longo do trilho existem
pequenos orifícios regularmente
distribuídos por onde sai o ar comprimido
fornecido por um gerador de fluxo de ar.
Portanto o colchão de ar manterá o carrinho
"flutuando" permitindo o seu movimento
com um atrito muito reduzido.
Para investigar o movimento de uma
partícula sujeito a uma resultante de forças
nula, nivela-se o trilho de ar, situação na
qual o peso do carrinho deslizante (a
partícula) é contrabalançado pela força
normal proporcionada pelo jato de ar.
Na direção do deslocamento é dado ao
carrinho um impulso o qual estabelece uma
velocidade inicial para o mesmo e faz com
que o carrinho entre em movimento
retilíneo uniforme (MRU). Este impulso é
obtido pela repulsão entre o eletroímã e o
imã acoplado na extremidade do carrinho
(FIg. 2).
2.3.1 Movimento retilíneo
uniforme
O movimento retilíneo uniforme é um dos
movimentos mais simples existentes. Este
movimento é caracterizado pelo fato da
velocidade ser constante. De acordo com a
primeira lei de Newton, uma partícula que
esteja em MRU permanecerá com este tipo
de movimento, a menos que uma força
externa atue sobre a mesma.
Para o MRU define-se uma função horária,
expressa por:
0s s vt 
em que s e s0 representam a posição final e
inicial ocupadas respectivamente pelo
móvel. A grandeza física que indica quão
rápido um móvel andou num determinado
percurso é denominada velocidade média (
medv ) e é calculada pela expressão:
med
s
v
t



em ∆s representa a distância percorrida
(espaço) e o ∆t o intervalo de tempo gasto
para isto.
OBSERVAÇÕES:
 Para não produzir arranhões no
equipamento nunca movimente os
carrinhos sobre o trilho sem que o ar
comprimido esteja funcionando.
 Verifique se a pista e a parte inferior do
carrinho se encontram bem limpas, caso
contrário, limpe-as com um pano úmido.
 Devem-se evitar choques mecânicos
fortes entre o carrinho e o trilho. Uma
queda de alguns centímetros pode
inutilizar o carrinho por completo.
 O eletroímã não deve ficar ligado mais
de 30s para não danificar o sistema.
3.4 Procedimento Experimental
1. Determinar o número de medidas
consecutivas existentes no corpo de
prova (anotar na Tabela 1);
2. Determinar a distancia que separa
dois intervalos consecutivos do corpo
de prova (distancia entre duas bases
consecutivas dos retângulos (ver Fig.
4)).
Fig. 4: Módulo do deslocamento.
3. Calcule os deslocamentos ( s ) e
anote os valores na Tabela 1. (Os
valores devem ser acompanhados
com seus respectivos erros)
4. Acople duas massas
aproximadamente de 50g ao carrinho
(Fig. 2).
5. Colete os dados através do programa
de aquisição de dados. Nesta etapa
será obtida uma tabela com os dados
das posições e dos intervalos de
tempo. Repita este passo 05 vezes.
6. Construa em papel milimetrado o
gráfico de ( )s t (posição em função
dos intervalos de tempos).
7. Aplique o método os mínimos
quadrados e determine a equação que
melhor ajusta os pontos
experimentais.
8. Sobreponha a reta ajustada no gráfico
realizado no passo 6.
9. Quais os significados físicos dos
coeficientes linear e angular da reta.
10. Calcule a velocidade média
desenvolvida pelo carrinho para os
deslocamentos correspondentes.
Podemos afirmar que a velocidade do
carrinho permaneceu constante?
Justifique sua resposta.
Intervalos s0 (m) s (m) s (m) t(s) V(m/s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Média