5º Experiência Segunda Lei de Newton

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5º EXPERIMENTO: SEGUNDA LEI DE NEWTON
Material Utilizados
Sistema de Trilho de ar com objeto planador;
Cronômetro digital com fonte de DC (0 – 12V);
Sensor START (S1) com suporte fixador;
Sensor STOP (S2) com suporte fixador;
Cabo do START (S1) a chave liga-desliga;
Eletroímã com dois bornes e suporte fixador;
Chave liga-desliga com 04 bones;
Roldana raiada com 02 micros rolamentos e suporte fixador;
Porta-peso;
massas
Cabos de ligação c/ 6 pinos banana;
Gerador de fluxo de ar e mangueira;
Introdução
As relações que governam os movimentos não são óbvias. De fato, passou-se em torno de 4000 anos para que Isaac Newton enunciasse as leis básicas. Neste experimento vamos determinar experimentalmente a 2a leis de Newton examinando o movimento de um objeto planador no trilho de ar fazendo dois (2) experimentos. Um utilizando uma força variável, mas com massa total do sistema constante para relacionar a força com a aceleração f(a). O outro utilizando uma força constante com massa do sistema variável para relacionar a massa com a aceleração m(a).
Procedimento
O procedimento de montagem.
Montar o equipamento conforme a figura 1
Conectar o cabo do primeiro sensor ao terminal START (S1) do cronômetro;
Conectar o cabo do segundo sensor que desliga o cronômetro (posição final) ao terminal STOP (S2) do cronômetro;
Fixar o eletroímã de acordo com a figura 1;
 Ligar o eletroímã na caixinha da chave liga desliga, e esta a fonte de tensão variável deixando em série a chave liga desliga. Ver como fazer isto no manual do experimento ou com o técnico ou professor e ajustar a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho fique fixo enquanto este estiver ligado.
Nivelar o trilho
Ligar o ar e com a ajuda do carrinho planador nivelar o trilho, isto é feito ajustando os parafusos que apoiam os trilhos de modo que o carrinho fique estacionado no centro do trilho.
Obs.: Nivelar o trilho de ar, é de extrema importância, caso contrario o experimento não dará certo, pois teremos forças indesejável atuando no sistema.
Ajustar de modo que V0 = 0,0
Coloque o primeiro sensor (start) numa posição de tal forma que Vo seja zero (0,0). 	Observe a posição do primeiro sensor com o carrinho próximo do eletroimâ. Aqui o ajuste é crítico, um erro maior que um milímetro entre a posição inicial e o disparo do cronometro acarreta um grande erro nos seus resultados.
Figura 1 – Trilho de ar
Atividade no Laboratório
Massa total do sistema constante
Posicionar o sensor S2 (STOP) de modo a existir entre a posição de repouso do carrinho e o sensor uma distância ∆x = ± 0,500 m e anotar.
Obs.: Este deslocamento deve ser medido entre o pino central do carrinho na posição inicial e o centro do sensor (S2) (STOP) e não deve ser alterada durante o procedimento de medidas.
Pesar a massa do carrinho juntamente com nove (09) arruelas e anotar, ao anotar este peso acrescentar 5g proveniente da inércia rotacional da roldana
Obs.: As arruelas devem ser distribuídas simetricamente no carrinho planador de tal modo que este esteja contra-balanceado, ou seja, não fique penso para um lado.
Pesar o porta peso e anotar.
Ligar o eletroímã fixando o carrinho.
Com o porta peso sem massa, com o cronometro zerado, desligar a chave liga-desliga do eletroímã e anotar o tempo medido pelo cronometro três vezes. 
Obs.: ter o cuidado de não deixar o carrinho bater na borracha no final do trilho para que o pino que segura o porta peso no carrinho não solte.
Tirar uma arruela do carrinho e colocar no porta peso, pesar o porta peso com a arruela.
Desligar o eletroímã e medir o tempo três vezes. Repetir este procedimento até que todas as arruelas do carrinho estejam no porta peso.
Massa total do sistema variável.
Nesta segunda parte mantém a mesma configuração anterior e o procedimento de medidas, fazendo apenas duas alterações.
Agora a massa total de sistema não será mais constante.
A massa do carrinho será variável e a força que acelere o carrinho será constante.
Para a força aceleradora constante escolha uma massa de (10 a 20)g e coloque no porta peso (incluindo a massa do porta peso).
A variação de massa do carrinho será feita acrescentado ou retirando as arruelas do mesmo, mas tendo o mesmo cuidado anterior. Isto é, ir colocando ou retirando as arruelas de modo que o carrinho fique em equilibro no trilho. Obs.: lembrar que na massa do carrinho deve levar em consideração a massa da roldana.
Iniciar as medidas com o carrinho sem ou com as 09 aruelas. Repetir todos os procedimentos anteriores, ou seja, anotar o tempo registrado no cronômetro, repetindo três vezes. Colocar ou retirar uma arruela do carrinho e repetir as medidas até que o carrinho fique sem arruelas ou com as 09 arruelas, perfazendo 10 medidas com 10 massas distintas.
Atividade a ser executada em casa.
A massa total do sistema é dada por: onde Mc massa do carrinho, Mp massa do porta peso e MR massa da roldana.
Força Resultante g = 9,8m/s2
Massa total do sistema constante
Construir uma tabela com 08 colunas e 11 linhas, sendo uma coluna para o número de medidas, uma para a força peso, uma para cada tempo medido, uma para o tempo médio e uma para a aceleração e uma para a razão da força pela a aceleração.
Obs.: Não esquecer de anotar as equações utilizadas nos cálculos.
Calcular o valor médio da coluna de F/a
Considerando dentro da tolerância de erro admitida (5%), pode se afirmar que este valor médio é a massa total do sistema?
Discuta quais fatores podem causar diferenças entres esses valores.
Construir no papel milimetrado um gráfico (força em função da aceleração) usando os dados da tabela.
Determinar os coeficientes angular e linear do mesmo.
Coeficiente angular A = ________
Coeficiente linear B = ________
Qual é o significado físico do coeficiente angular deste gráfico?
Qual é a relação de proporcionalidade entre a força (F) e a aceleração (a)?
Usando quatro pontos da tabela faça uma estimativa do coeficiente angular e linear aplicando o Método Direto. 
Compare e discuta o resultado obtido com o do método indireto acima.
Enuncie a 2a Lei de Newton, com suas palavras, tendo como base as conclusões tiradas deste experimento.
Massa total do sistema variável.
Construir uma tabela com 09 colunas e 11 linhas, sendo uma coluna para o número de medidas, uma para a massa total do sistema, uma para cada tempo medido, uma para o tempo médio e uma para a aceleração, uma para o inverso da massa e uma para o produto da massa total com a aceleração. Obs.: Não esquecer de anotar as equações utilizadas nos cálculos, e os cálculos em si fica no apêndice
Calcular a média do produto da massa total com a aceleração dos dados da tabela.
Construir no papel milimetrado um gráfico a = f(MT) (aceleração em função da massa total) usando os dados da tabela.
Que tipo de gráficos vocês encontraram? Caso não seja uma reta, por que não deu uma reta?
Caso não tenha sido uma reta linearize o gráfico. Para linearizar este gráfico basta fazer o gráfico de a(1/m) ou seja aceleração em função do inverso da massa.
Determinar:
Coeficiente angular a = _______
Coeficiente linear b = _______
7) Qual é o significado físico do coeficiente angular?
8) Qual é a relação de proporcionalidade entre a aceleração e a massa do sistema sob a ação de uma força resultante de intensidade constante?
9) Considerando o fato experimental de que a massa suspensa e o carrinho sofrem a mesma aceleração, faça o diagrama de forças atuando no sistema e mostre com equações que |𝑃⃗⃗|=𝑀𝑇|𝑎⃗|. 
10) Complete com observações que julgar pertinente