Relatório de Física Experimental I exp 2 MRUV

Prévia do material em texto

2º EXPERIMENTO – MOVIMENTO RETILINEO UNIFORMEMENTE
VARIADO
Objetivos
Medir os tempos de deslocamento e as velocidades instantâneas de um carrinho
deslizando sobre um trilho de ar.
Introdução
A figura mostra um carrinho com massa m1 deslizando sobre um trilho de ar
horizontal sem atrito. Ele está ligado a um peso de massa m2 através de um fio leve,
flexível e não deformável que passa sobre uma pequena polia sem atrito.
Se o fio não estica, os dois corpos percorrem a mesma distância em intervalos de
tempos iguais, e sendo assim eles possuem a mesma velocidade escalar em todos os
instantes. Quando eles mudam de velocidade, elas variam em intervalos de tempos
iguais, logo eles se deslocam com acelerações de mesmo módulo a. Aplicando a
segunda lei de Newton para cada corpo, temos um sistema de duas equações:
 T = m1 a (carrinho)
e (1)
m2g + (- T) = m2 a ( peso suspenso)
onde T é a força aplicada pelo fio em cada corpo. Somando-se essas equações, podemos
eliminar T e obtemos
m2 g = (m1 + m2) a (2)
Essa equação mostra que o peso do corpo suspenso é responsável pela aceleração do
conjunto massa suspensa + carrinho. Portanto, é de se esperar que o trabalho realizado
pelo peso do corpo suspenso seja igual a variação de energia cinética do conjunto. Por
outro lado,
a = m2 g
 m1 + m2
Essa equação mostra que o carrinho deve se movimentar com aceleração constante e,
portanto é de se esperar que a cinemática do movimento possa ser descrita pelas
equações de um MRUV.
1
A proposta do experimento é verificar a validade das duas afirmações feitas por 
esse modelo teórico. 
Material necessário
01 trilho de 120cm conectado a uma unidade de fluxo de ar;
01 cronômetro digital multifunções com fonte DC 12V;
02 sensores fotoelétricos com suporte fixador (S1 e S2)
01 eletroimã com bornes e haste;
01 fixador de eletroímã com manípulo;
01 chave liga-desliga;
01 Y de final de curso com roldana raiada;
01 suporte para massas;
01 massa de ~10g com furo central de diâmetro 2,5mm;
01 massa de ~20g com furo central de diâmetro 2,5mm;
01 pino para carrinho com fixador para eletroímã;
01 carrinho para trilho cor preta;
01 pino para carrinho para interrupção de sensor;
01 pino para carrinho com gancho;
Cabos de ligação e cabos de força;
01 balança digital;
01 micrômetro.
Figura 1 – Esquema da montagem
eletroimã carrinho
P
e
s
o
2
Figura 2 – Esquema de ligação do cronômetro
Procedimentos e Dados Experimentais
1. Verifique se no trilho que se encontra na bancada do laboratório tem um
eletroímã, um sensor, a chave liga-desliga e o cronômetro. Complete a
montagem se necessário. Confira as ligações do cronômetro na figura 2, e
selecione a função F2. Nessa função, quando a chave for desligada o carrinho
será liberado e o cronômetro acionado. O cronômetro irá medir o intervalo de
tempo entre a soltura do carrinho e o sensor. Ligue o cronômetro verifique e
anote a precisão desse instrumento digital.
2. Verifique se o kit que você recebeu tem um pedaço de linha, um carrinho com
três pinos (um pino para fixar o carrinho no eletroímã, um pino para interrupção
do sensor, um pino com gancho), um paquímetro, um suporte para massas, uma
massa de ~ 20g.
3. Utilize a balança digital disponível no laboratório para medir a massa do
carrinho, do suporte e das outras duas massas que serão adicionadas ao suporte.
Anote a precisão da balança e registre os dados solicitados na tabela 1.
Tabela 1- Massas utilizadas 
Erro instrumental =
Massa do carrinho =
Massa do suporte =
Massa adicional =
4. Utilize o paquímetro para medir o diâmetro do pino (ΔL) para interrupção do
sensor. Anote a medida na tabela 2.
Tabela 2- Diâmetro do pino 
ΔL = 
3
5. Ligue o compressor que está sob a bancada, coloque o carrinho sobre o trilho de
ar e verifique se o mesmo permanece em repouso. Às vezes é necessário dar ao
trilho uma inclinação tal que o atrito seja compensado.
6. Fixe o carrinho no eletroímã ligando a chave. Anote a posição inicial do carrinho
(S0). Tome como referência o centro do carrinho. Não esqueça de anotar a
precisão da medida da posição.
Tabela 3 – Posição inicial
S0 = 
7. Coloque o sensor numa posição (S) a 10,00cm da posição inicial do carrinho. A
medida de 10,00 cm deve ser feita entre o centro do carrinho e o meio do sensor.
8. Monte o equipamento como mostra a figura 1 colocando uma massa de ~20g no
suporte, e ajuste o comprimento da linha na montagem, para garantir que o
suporte com as massas não venha a tocar o chão no final do deslocamento
estudado. Preste atenção na fixação da linha com o suporte para massas para que
o deslocamento acelerado não se modifique, pois a linha pode enrolar no suporte
modificando o deslocamento durante o experimento.
9. Faça um teste desligando a chave para verificar se o carrinho é solto facilmente
do eletroímã. Se necessário, ajuste a tensão aplicada ao eletroímã para que o
carrinho não fique muito fixo.
10. Inicie a coleta de dados com o carrinho fixo no eletroímã e o cronômetro na
função F2. Desligue a chave para liberar o carrinho e anote na tabela 4 o tempo
indicado pelo cronômetro (t). Zere o cronômetro e repita a medida colhendo no
mínimo cinco valores de tempo para o mesmo deslocamento. Anote os dados na
tabela.
4
11. Mude a função do cronômetro para F3. Nessa função, o cronômetro irá medir o
intervalo de tempo de interrupção do sensor (Δt). A razão entre o diâmetro do
pino (ΔL) e o intervalo de tempo de interrupção (Δt) fornece o valor da
velocidade instantânea do carrinho na posição em que se encontra o sensor.
Coloque o carrinho em contato com o eletroímã, libere o carrinho e anote na
tabela 4 o intervalo de tempo indicado pelo cronômetro. Repita cinco vezes a
medida para a mesma posição. Anote os dados na tabela 4.
12. Mude a posição do sensor e repita os passos 10 e 11 até completar a tabela 4.
Tabela 4 – Medidas do tempo de deslocamento (t) e do intervalo de tempo (Δt) 
para diferentes valores de deslocamento. 
 
S (cm) ΔS
(cm)
t1 t2 t3 t4 t5
Δt1 Δt2 Δt3 Δt4 Δt5
10,0 ti
Δti
20,0 ti
Δti
30,0 ti
Δti
40,0 ti
Δti
50,0 ti
Δti
60,0 ti
Δti
70,0 ti
Δti
80,0 ti
Δti
Erro na medida da posição =
Erro na medida do deslocamento =
Erro instrumental na medida do tempo =
Análise de dados
1. Massas utilizadas
Massa total suspensa =
Massa do conjunto (carrinho + suspensa) =
2. Mostre como será calculada a melhor estimativa e a incerteza para a medição do
tempo de deslocamento. Faça o cálculo do tempo de deslocamento para cada um dos
deslocamentos e mostre os resultados numa tabela.
 
5
t ±Δt (s) ΔS±Δ(ΔS) (m)
3. Mostre como será calculada a melhor estimativa e a incerteza para a medição do
tempo de interrupção do sensor; a melhor estimativa e a incerteza para a
determinação da velocidade instantânea no final de cada deslocamento. Faça os
cálculos e mostre os resultados numa tabela.
Tabela 4 – Velocidade instantânea (V) em função da posição (S)
Sm ± ΔS (m) Δ t ± Δ (Δt) Vm ± ΔV (m/s)
Os dados coletados serão analisados em duas etapas: num primeiro relatório
será feita a análise de dados para verificar a relação trabalho-energia; num segundo
relatório será feita a análise de dados para descrever a cinemática do movimento.
Serão dadas as orientações para a elaboração desses relatórios.
6