3-Relatório de Física

Prévia do material em texto

BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
TURMA PRÁTICA – 07 
TURMA TEÓRICA – 02 
NATHAN OTAVIO SANTANA TEIXEIRA
MATHEUS PEREIRA SANTOS
PEDRO NEVTON SAN’GALO RODRIGUES
RAFAEL DE JESUS SANTANA SANTOS
LEI DE HOOKE
 
Cruz das Almas – BA
2017
NATHAN OTAVIO SANTANA TEIXEIRA 
MATHEUS PEREIRA SANTOS 
PEDRO NEVTON SAN’GALO RODRIGUES
RAFAEL DE JESUS SANTANA SANTOS
LEI DE HOOKE
 
Relatório da prática experimental realizada nos dias 07 e 14 de agosto de 2017, apresentada para a disciplina de Física I prática do curso de Bacharelado em ciências exatas e tecnológicas da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia.
Prof. Santiago Gil
Cruz das Almas – BA
2017	
1 – OBJETIVOS 
Os experimentos realizados tem como propósito mensurar, através dos instrumentos propostos, o comprimento da mola e a sua deformação para cada força aplicada. Para que consigam aproximar os valores da realidade, diminuindo assim a propagação dos erros, deve-se aplicar cálculos de acordo com a Teoria dos Erros. A partir dos gráficos traçados com os dados obtidos, determinar a constante elástica das molas envolvidas no experimento.
2 – INTRODUÇÃO TEÓRICA 
A lei de Hooke consiste na consideração de que uma mola possui uma constante elástica (k). Esta constante é obedecida até um certo limite, onde a deformação da mola em questão se torna permanente. Dentro do limite onde a lei de Hooke é válida, a mola pode ser comprimida ou alongada, retornando a uma mesma posição de equilíbrio. 
Em tese, a formulação da lei é baseada na ideia de que o alongamento experimentado por um material elástico, submetido à ação de uma força deformadora, é diretamente proporcional a esta sempre que a mesma não ultrapasse determinado limite, sendo que o limite é avaliado de acordo com o material em questão. Podemos dizer que a lei de Hooke é responsável pela verificação da deformação do corpo elástico ao se expandir.
Todo material que sofre a ação de uma força constata-se uma deformação no seu modelo inicial, mesmo que, de alguma forma essa variação no produto inicial não possa ser observada. A lei de Hooke descreve a força de restauração no material ao ser deformado, comprimido o distendido. 
A força restauradora surge sempre pra recuperar o formato original do material e vem das forças intermoleculares que matem as moléculas e os átomos unidos. Então, uma mola esticada ou comprimida ira retornar ao seu comprimento inicial devido a ação dessa força. Quando o material volta a sua forma original após encerrar a força que gerou a deformação, diz-se que a deformação é pequena ou está dentro do limite elástico, pois quando as deformações são grandes, o material ultrapassa o limite elástico e adquire uma deformação permanente e irreversível, ou seja, ele não retorna a sua forma original.
2.1 – EQUAÇÕES
Para obter as médias apresentadas, utiliza-se a equação 1:
Equação 1
Para realizar as atividades e completar as tabelas exibidas a seguir, se faz necessário a aplicação da equação 2, afim de calcular o desvio padrão:
Equação 2
Da equação 3, para que se determine a incerteza relativa:
Equação 3
Da equação 4, afim de verificar a elongação média:
Equação 4
E, por fim, da equação 5, para mensurar a constante elástica (K):
Equação 5
3 – MATERIAIS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS
MOLAS HELICOIDAIS
Figura 1
DINAMÔMETRO
Figura 3
PORTA PESO
Figura 2
SUPORTE
Figura 4
TRIPÉ UNIVERSAL – DELTA MAX
 Figura 5
RÉGUA MILIMETRADA
CONJUNTO DE MASSAS 
 Figura 6
4 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
PARTE 1 - MOLAS DIFERENTES:
Figura 1: Esquema ilustrativo para facilitar o entendimento do procedimento experimental proposto.
Foi colocada uma mola suspensa e, sem nenhuma força externa aplicada, determinou-se a posição da extremidade da mola na escala e foi definida como seu .
Pendurou-se o suporte de massa, cuja a massa do mesmo era conhecida, porém desprezível. E na extremidade do suporte de massa, pendurou-se os cilindros de massa conhecida e anotou-se o valor da deformação, mesurado através de uma régua milimetrada.
Refez-se o procedimento mais quatro (4) vezes
Com os dados obtidos nas etapas acima foi preenchida as tabela 1e 2.
Ao retirar as massas, observou-se se a posição da extremidade da mola estava deformada, ou seja, seu sofreu alguma variação.
Foi repetido o procedimento anterior para a segunda mola
PARTE 2 - MOLAS EM SÉRIES E EM PARALELO:
 
Figura 1: Esquema ilustrativo para visualização da montagem do sistema em série
 (à esquerda) e em paralelo (à direita). 
Para cada arranjo ilustrado acima, foi repetido o procedimento 5 vezes, completando a Tabela 3 e 4.
5 – RESULTADOS 
Depois de realizado todos os procedimentos descritos no tópico de procedimento experimental, com os dados obtidos foram calculados o valor médio dos pesos, constante elástica da mola, a constante média e seu desvio padrão originando as tabelas abaixo. (Para que pudéssemos efetuar os cálculos, tivemos que fazer a conversão das medições de milímetro para metros). 
Tabela 1 – Medidas da mola 1
Tabela 2 – Medidas da mola 2
Tabela 3 – Medidas das molas em série
Tabela 4 – Medidas das molas em paralelo 
6 – CONCLUSÕES 
A lei de Hooke, portanto, descreve a força restauradora existente em diversos sistemas quando comprimidos ou distendidos, podendo estes fatores serem ou não observados. Por exemplo, no cotidiano, apertar ou torcer uma borracha, esticar ou comprimir uma mola, são situações onde a deformação nos materiais pode ser notada com facilidade. Mas vale ressaltar que mesmo as pressionar uma parede com a mão, tanto o concreto quanto a mão sofrem deformações, apesar de não serem visíveis. A força restauradora, desta maneira, surge sempre no sentido de recuperar o formato original do material e tem origem nas forças intermoleculares que mantém as moléculas e/ou átomos unidos. Podendo a força variar a depender do material.
Podemos observar que os objetivos propostos pelo experimento, tais como determinar as constantes elásticas das molas utilizando três pesos diferentes, completar as tabelas e traçar os gráficos correspondentes, foram alcançados. 
Quanto aos valores da constante elástica, foi possível perceber que os resultados condizem com a realidade, mantendo valores próximos após a aplicação de cada força (peso).
7 – BIBLIOGRAFIA
HALLIDAY, RESNICK, WALKER; “Fundamentos da Física”, Vol. 1, 8ª edição, LTC, 2009.
TIPLER, P. A.; MOSCA, G. Física para Cientistas e Engenheiros. v. 1. 5. ed. Rio de Janeiro, RJ: Livros Técnicos e Científicos, 2006. 840 p 
CERQUEIRA, A. H.; KANDUS, A.; VASCONCELOS, M. J. ; REMBOLD, S. B. Guia – Laboratório de Física I. Ilhéus-BA-Brasil: 2009. 23 a 26 p. 
– QUESTÕES 	
Obtenha o valor médio do comprimento final da mola para cada massa adicionada e encontre o valor da elongação.
Construa gráficos com os dados experimentais da força peso e da elongação da mola para cada configuração, com suas respectivas barras de erro.
Com o auxílio do Método Geométrico (MG), encontre a reta que melhor representa os dados experimentais e a represente no gráfico. Discuta se o comportamento obtido é compatível com a Lei de Hooke.
Discutam o significado físico dos parâmetros da reta obtida através do MG.
Obtenha o valor teórico das constantes elásticas das molas individuais 1 e 2, bem como das molas associadas em série e em paralelo.
Calcule o erro relativo percentual das constantes elásticas das molas individuais, assim como das molas associadas em série e em paralelo. Em seguida,discutam os motivos das possíveis diferenças.
Respostas:
Resposta inclusa nas Tabelas 1, 2, 3 e 4.
Em anexo.
Em anexo. Os gráficos apresentados se comportam com uma reta, na qual é possível afirmar que as molas utilizadas no experimento são compatíveis com a Lei de Hooke, pois não sofreram deformações permanentes. Dessa forma, fica perceptível que o caráter restaurador da força exercida pela mola, se manteve, fato este que caracteriza a força elástica, definida por essa lei.
A relação de inclinação da reta se dá por meio dos fatores das massas dos pesos serem relativamente iguais, com isto, temos uma reta do tipo y = ax+b, onde as diferença das massas são muito pequenas, ocasionando uma reta crescente. Casos os valores dos pesos utilizados no experimento não fossem relativamente iguais, esta reta seria de outra regularidade.
Resposta inclusa nas Tabelas 1, 2, 3 e 4.
Na individual temos uma maior deformação de uma mola que equivale a deformação total, diminuindo sua rigidez, tendo como consequência o aumento da sua deformação. Alguns dos motivos das possíveis diferenças nos resultados do erro relativo entre as molas associadas em série e em paralelo é que no paralelo a constante elástica é superior a em série , pois quando colocamos a mola em paralelo aumenta-se a rigidez da mola. Na associação em série o valor se reduz, ou seja, a mola é mais deformável. Colocando-as em paralelo aumentamos sua rigidez, consequentemente se torna menos deformável. Na associação em série, temos que a deformação de cada mola equivale a deformação total da mola, já em paralelo temos que as molas sofrem ação de duas forças que somadas dão a força total. Utilizando a Lei de Hooke qualquer material sobre qual exercemos uma força sofrerá uma deformação, visível ou não visível.
Mola 1
Mola 2
Molas em 
Série
Molas em 
Paralelo
Média
21,49 ±5,92
20,66 ±4,69
7,89 ±0,45
27,20 ±5,36
Erro 
Relativo
27,34%
22,70%
5,70%
19,70%
Constante Elástica (K)
Tabela 5 – Média e Erro Relativo da constante Elástica