Relatório Aula Prática Lançamento de uma esfera

Prévia do material em texto

Lançamento Horizontal
Alex de Freitas Silva
Karla Fabricya Fernandes da Silva
Nazia Paiva Luzia Nazareno
Serlane Miranda Gomes
Rio Verde,Setembro de 2016
Relatório de experimento da aula prática realizada no Laboratório de Física Experimental, sobre: Lançamento Horizontal
Relatório solicitado pela docente Kamilla Soares Silva da disciplina de Física Experimental I do curso de Licenciatura em Química como forma avaliativa. 
Rio Verde, Setembro de 2016
Introdução
Os roteiros e livros que servem de guias para o ensino de física experimental nos laboratórios didáticos de ensino superior costumam apresentar uma experiência que consiste em abandonar uma esfera metálica do topo de uma plataforma de lançamento curva suspensa em um suporte. Ao alcançar a base da plataforma, a esfera é lançada horizontalmente deixando marcado o seu alcance numa folha com o auxílio do papel carbono. Essa experiência serve para ilustrar, além do movimento bidimensional e lançamento de projéteis, a conservação da energia mecânica, supondo a hipótese de que a esfera executa um rolamento puro, bem como uma interessante discussão sobre as consequências da rotação da esfera. De fato, se a esfera é considerada uma partícula, o valor da velocidade no momento do lançamento horizontal previsto teoricamente é bem superior ao valor medido, pois uma parcela da energia potencial ´e convertida em energia cinética de rotação. 1
Uma variante desse experimento, proposta por diferentes autores, é trocar a plataforma curva por uma calha reta formando um plano inclinado com uma mesa horizontal. A esfera é, portanto, lançada obliquamente. Essa configuração torna as equações do movimento mais simples, pois como o ângulo é fixo, as forças são constantes e as equações diferenciais são lineares. Além disso, existe um ângulo crítico que separa a situação onde a esfera realiza um rolamento puro daquela onde ela desliza e rola simultaneamente. Quando a esfera é abandonada do repouso, se o plano estiver inclinado com um valor inferior ao ângulo crítico, ela vai rolar sem deslizar até o final e a energia mecânica será conservada. Caso contrário, a esfera irá desde o início deslizar e rolar permanecendo nessa condição até o fim da rampa.1
Sabendo -se do impacto de aprendizagem que as atividades práticas de física possuem, esse experimento pode ser visto como uma alternativa a metodologias de aprendizagens no ensino de física, estando associada a disciplina de física experimental I do curso, apresenta-se como metodologia estatística para análise e tratamento de dados, validando e discutindo as teorias estudadas em Física I, como proposta na matriz curricular.
Objetivo Geral
Estudar o lançamento horizontal de projéteis
Objetivos específicos
Coletar e analisar os dados referente ao lançamento horizontal de projéteis através do experimento realizado;
Interpretar os resultados aplicando os conceitos de velocidade de lançamento e energia cinética;
Materiais e métodos 
Régua;
Tripé;
Conjunto de mecânica arete (plataforma e rampa de madeira)
Esfera metálica (objeto de lançamento);
Nivelador
Papel Carbono
Papel seda
Compasso 
Procedimento Experimental
Colocou-se o conjunto para lançamentos horizontais no tripé. O conjunto sugerido possuía um fio de prumo ao final da rampa que indica o ponto de lançamento da esfera. Regulou-se a altura da rampa para que o fio de prumo fique bem próximo da mesa. Utilizou-se de um nivelador para nivelar horizontalmente a rampa de lançamento. É de suma importância o nivelamento horizontal da saída da rampa para garantir a ausência do componente vertical do vetor velocidade no momento do lançamento da esfera. Colocou entre as duas folhas de papel seda uma folha de papel carbono. Colocou a folha de papel carbono sobre a mesa com a face carbonadas para baixo e as folhas de papel seda entre elas. Aproximou-se as folhas do conjunto para lançamentos de forma que fio de prumo fique sobre as folhas, próximo a uma extremidade, com espaço suficiente para que a esfera, ao ser lançada, atinja o papel. Após encontrar a posição mais conveniente, verificou se a esfera, ao descer pela rampa, rolava sobre o fundo da guia ou se as bordas da guia impediam que a esfera tocasse o fundo. Este detalhe é importante para que fosse determinado a velocidade de translação da esfera. Verificou-se a massa da esfera em uma balança analítica e anotou o valor.
Execução 
Foram feitos lançamentos da esfera de aço e tomadas as medidas do alcance de cada lançamento. O ponto de onde a esfera foi lançada na extremidade mais baixa da rampa chamamos de posição inicial de lançamento horizontal e o ponto de onde a esfera foi abandonada próximo à extremidade superior da rampa chamamos de posição de abandono. Marcou-se a projeção da posição inicial de lançamento horizontal sobre o papel seda, posteriormente, mediu-se a altura do ponto de lançamento horizontal, em relação à mesa sobre o qual o experimento foi realizado, mediu-se também, na rampa, a posição de abandono e determinou-se a altura em relação à posição de lançamento horizontal. Soltou a esfera, três vezes seguidas, do ponto de abandono para cada ponto escolhido. Ao todo, foram três pontos de abandono, respectivamente:
0,01m
0,05m
0,10m
Resultados e discussões
Para analisar os dados coletados, retirou-se o papel seda da mesa e separou-os do papel carbono. A face em contato com o papel carbono tinha a marca da posição de lançamento e as marcas da colisão da esfera. Com o compasso, desenhou-se o menor círculo que continha as três marcas da colisão da esfera. O centro da esfera foi o ponto médio de alcance e o raio da circunferência seu erro. Utilizando relações cinemáticas, determinou-se a velocidade inicial do lançamento horizontal. Coletou-se os seguintes dados:
Massa da esfera: 66,641g
Raio da esfera: 0,021m
	Numero do lançamento
	Distância do inicio do papel carbono ao ponto de colisão do esfera
	Altura (h) que corresponde a marcação na rampa 
	Tamanho do raio dos pontos de colisão
	Altura (H) que corresponde a distância entre a linha da base e a mesa
	Altura (H)
	A
	0,345m
	0,10m
	0,029m
	0,715m
	0,815m
	B
	0,251m
	0,05m
	0,09m
	0,708m
	0,758m
	C
	0,122m
	0,01m
	0,07m
	0,709m
	0,719m
A medição da altura (H), em que a esfera foi lançada, foi dada pela soma da altura (h”), que corresponde a distância entre linha da base e a mesa, com a altura (h), que corresponde as marcações na rampa. Com o auxilio da régua, mediu-se as alturas h e h”
Para Calcular a velocidade lançamento utilizamos a formula:
onde h será representado por H que é a altura total que vai da base de lançamento na rampa até a mesa.
Para calcular a energia cinética utilizamos:
	Lançamento
	Altura H
	Velocidade do lançamento
	A
	0,815m
	3,37m/s
	B
	0,758m
	3,25m/s
	C
	0,719m
	3,17m/s
	Lançamento
	Velocidade do lançamento
	Massa da esfera
	Energia Cinética Ec
	A
	3,37 m/s
	0,066kg
	0,374J
	B
	3,25 m/s
	0,066kg
	0,348J
	C
	3,17 m/s
	0,066kg
	0,331J
Conclusão
A partir dos dados obtidos foi possível observar que quanto maior a altura de lançamento da esfera maior era a distância de colisão, e maior era a velocidade de lançamento. Vimos que através do calculo da velocidade a partir da distância de colisão da esfera na mesa, podemos obter a energia cinética utilizada no lançamento. Assim, a energia potencial da esfera depende da altura a partir da qual essa esfera é largada; essa energia é transformada em energia cinética. Vimos também que a velocidade da esfera é proporcional à energia cinética, sendo que a última é obtida a partir da relação entre a primeira e a massa do corpo utilizado.
Referências Bibliográficas
 1 DE JESUS, V. L. B.; SASAKI, D. G. G. O experimento didático do lançamento horizontal de uma esfera: Um estudo por videoanálise.Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 37, n. 1, p. 1507, 2015.