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1º EXPERIMENTO (opção 3) - Lançamento de projétil Objetivos Relacionar a altura, da qual a esfera é abandonada na rampa, com o alcance horizontal. Reconhecer, no movimento de lançamento, a combinação de dois movimentos retilíneos e determinar a velocidade de lançamento a partir da medida do alcance e do tempo de queda. Relacionar as transformações energéticas sofrida pela energia potencial inicial ao rolar a esfera pela rampa. Utilizar o princípio da conservação da energia para determinar a energia cinética de rotação. Material necessário 01 esfera de aço; 01 trilho curvo com parafuso ajustável e fio de prumo na base; 01 folha de papel pardo; 01 folha de papel carbono; Régua milímetrada, compasso e Fita adesiva. Montagem: 1. Coloque o fio de prumo na base da rampa e regule a altura para que o mesmo fique a mais ou menos 5mm do chão. 2. Assinale um ponto acima da metade do percurso da rampa e ajuste a altura do parafuso de modo que quando a esfera é abandonada desse ponto, passe por cima do topo do parafuso suporte. 3. Coloque no chão a folha de papel e fixe com fita adesiva. Coloque sobre ela a folha de papel carbono numa posição tal que fique marcado no papel o ponto de impacto da esfera. 4. Utilizando o prumo, marque no papel a posição que fica verticalmente abaixo do parafuso suporte, na saída da rampa. Procedimentos, Dados e Análises. 1. Lançamento de projétil 1.1.Solte a esfera de aço num ponto qualquer da rampa. Ela irá correr livremente pela canaleta e fará um vôo até colidir com o papel no chão.O papel está num plano horizontal e a distância, medida neste plano, entre a marca feita abaixo do prumo e a marca produzida pela colisão da esfera no papel chama-se alcance do projétil. 1.2. Tente reproduzir 10 lançamentos iguais, abandonando a esfera do mesmo ponto da rampa e sempre do mesmo modo. 1.3. Com um compasso, desenhe o menor círculo que contenha (em seu interior) a totalidade das marcas produzidas pelos 10 lançamentos. Meça, com o auxílio da régua, a distância existente entre a marca feita abaixo do prumo e o centro do círculo. Essa medida representa o alcance médio do projétil. A medida do raio do círculo denomina-se “desvio da medida do alcance” e representa a incerteza com que é realizada esta medida neste experimento. 1 1.4. Marque quatro pontos diferentes ao longo de toda a rampa e numere-os de 1 a 4. Meça a altura vertical (h), da posição de partida para cada lançamento, em relação à saída da rampa e anote na tabela 1. 1.5 A partir de cada um desses pontos de partida faça 10 lançamentos. Meça o alcance médio (Rm) e o desvio da medida do alcance (ΔR) correspondente a cada ponto de partida e anote-os na tabela 1. Tabela 1 Posição Altura h Rm±ΔR 1 2 3 4 Analise os dados e responda: Os resultados das medidas mostram que o alcance horizontal do projétil depende da altura da posição de partida? 2. Velocidade de lançamento e alcance. 2.1. Faça uma análise do movimento do projétil procurando responder as seguintes perguntas: (a) Que tipo de movimento o projétil executa na vertical? (b) De quais grandezas depende o tempo de queda do objeto? (c) Que tipo de movimento o projétil executa na horizontal? (d) Como determinar a velocidade com que o projétil abandonou a rampa? 2.2. Meça a altura percorrida pelo projétil, na vertical, desde sua saída da rampa até o plano da folha. Anote esse valor (H = Hm ± ΔH). 2.3. Faça o cálculo do tempo de queda a partir dos valores de g e H. 2.4. De posse do alcance e do tempo de queda determine o módulo da componente horizontal da velocidade de lançamento. Anote os resultados na tabela 2. Tabela 2 Posição Altura h Vm±ΔV 1 2 3 4 Analise os dados e responda: Os resultados das medidas mostram que a velocidade com que o projétil abandonou a rampa depende da altura da posição de soltura? 3. Energia potencial e energia cinética 3.1. Faça uma análise do movimento da esfera sobre a rampa considerando as modalidades de energia potencial e energia cinética. Ao chegar no nível de saída da rampa, o que acontece com a energia potencial que se encontrava “armazenada” na esfera? 3.2. Meça a massa da esfera usada como projétil (M = Mm ±ΔM). 2 3.3. Considerando a altura h, acima do nível de saída da rampa, determine a energia potencial do projétil no instante em que o projétil é solto sobre a rampa. Anote na tabela 3 Tabela - 3 Posição Altura h U ± ΔU 1 2 3 4 3.4. Com o valor encontrado para a velocidade de lançamento determine a energia cinética de translação com a qual o projétil é lançado da rampa. Anote na tabela 4. Tabela 4 Posição Vm±ΔV Kc ±ΔKc 1 2 3 4 Analise os dados e responda : A energia potencial que se encontrava “armazenada” na esfera foi toda convertida em energia cinética de translação? Pelo princípio da conservação da energia, como estão relacionadas as modalidades de energia potencial, cinética de translação e cinética de rotação de uma esfera abandonada sobre uma rampa de altura h? 3.5. Usando o principio da conservação da energia, determine a energia cinética de rotação da esfera. Tabela 5 Posição KR ±ΔKR 1 2 3 4 Conclusão Faça um relato sucinto dos principais resultados da análise de dados. 3
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