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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO AMAPÁ CURSO LICENCIATURA EM FÍSICA LABORATÓRIO DE FÍSICA RELATÓRIO: DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE LANÇAMENTO HORIZONTAL ATRAVÉS DO ALCANCE ACADÊMICAS (OS): 1. CLEICIANE BALIEIRO DA SILVA DA COSTA 2. DAVI VALENTE PANTOJA 3. GESSICA DA SILVA DE BRITO 4. MARIA ALICE CORRÊA FARIAS 5. RAIANE LIMA DOS SANTOS 6. PATRICIA LENE MONTEIRO FERREIRA Macapá – Amapá 2018 DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE LANÇAMENTO HORIZONTAL ATRAVÉS DO ALCANCE Costa, C B. S.; Pantoja, D. V; Brito, G. S.; Farias, M. A. C.; Ferreira, P. L. M. Santos, R.L. Física Experimental I Professor: Argemiro Midônes Bastos Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amapá 1. Resumo O presente trabalho tem como finalidade mostrar a realização de um experimento, fazendo-se uso de equipamentos, como por exemplo, um conjunto disparador Aspach MR2 e uma esfera, nos quais servirão de auxílio na obtenção de dados sobre a determinação da velocidade de lançamento horizontal através do alcance. Onde foi possível chegar ao valor médio dos lançamentos de 2,04 m e uma velocidade média de 9,08 m/s. Além disto, se analisou que, dependendo da força com a qual a esfera era lançada, a velocidade aumentava e a energia cinética era convertida em energia potencial gravitacional, sempre que a esfera se aproximava do seu destino. 2 Introdução “Os conhecimentos Físicos, por sua natureza, favorecem a introdução e desenvolvimento do seu estudo por meio de experimentos e visualizações concretas, pois a Física é uma ciência que se preocupa com o estudo do como, para isso lança mão de artifícios de reprodução e representação, sejam eles concretos no caso da Física experimental ou virtuais no caso da Física teórica” (ZUCOLOTTO, Benjamim; SILVA, Cláudia. 2011). Para entender os aspectos da física é de suma importância a prática laboratorial para visualizar a perspectiva teórica. Segundo Máximo & Alvarenga (2009), inicialmente ao serem desenvolvidas as ciências, os nossos sentidos eram as fontes de informação utilizadas na observação dos fenômenos que ocorrem na natureza. Devido a isso, o estudo da Física desenvolveu-se, subdividindo-se em diversos ramos, cada um deles agrupando fenômenos relacionados com o sentido pelo qual eles eram percebidos. A Mecânica, ramo da Física que estuda os movimentos dos corpos, de acordo com Júnior (2018) teve em seu período clássico, estudiosos como: Galileu Galilei, Johannes Kepler e Isaac Newton que trouxeram grandes descobertas para humanidade. Ela tem como subdivisão a Cinemática, que trabalha com o estudo Matemático dos movimentos, analisando desta forma, por exemplo: o movimento uniforme, o movimento uniformemente variado, e o movimento circular. Os dois primeiros são importantíssimos no estudo da velocidade de lançamento. No que se refere à velocidade de lançamento Martini et al (2013, p. 83) evidencia que “um movimento executado em uma direção sempre pode ser analisado como se fosse executado em duas direções perpendiculares”. Com isso se verifica que ao analisarmos um corpo lançado, devemos observar as posições horizontais representadas pela equação do tipo S = So + vt, característica de um movimento retilíneo considerado uniforme (MRU), e também as posições verticais ocupadas pelo corpo utilizando-se à equação do tipo S = So + Vot + ½ at², característica de um movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV), no qual a aceleração tem módulo igual ao da aceleração da gravidade terrestre, aproximadamente 9,8 m/s². Essas verificações são necessárias para dar precisão nas medidas das grandezas, como por exemplo, a velocidade e alcance de um corpo lançado. 3. Objetivo Determinar a velocidade de lançamento horizontal através do alcance. 4 Procedimento Experimental 4.1 Materiais Utilizados Conjunto disparador Aspach MR2; Esfera de lançamento metálica; Folhas de papel carbono e A4; Fita adesiva; Régua milimétrica; Compasso; Trena. 4.2 Descrição do Experimento Inicialmente, com o auxílio de uma trena, e utilizando como referência o centro de massa do disparador até o chão (Figura 1), foi medida a altura em que iria ocorrer o lançamento horizontal, sendo esta de 99 cm (0,99 m). Em seguida efetuou- se cerca de três disparos para se obter um local mais provável do real alcance horizontal da esfera. Posteriormente, com uma fita adesiva fixou-se no chão uma folha de papel A4 branca, com uma folha de papel carbono em cima, pois o impacto da esfera com o chão deixaria uma marca em ambas as folhas, facilitando a medição do alcance. Figura 1: Medição do Centro de Massa do Disparador Até o Chão. Fonte: Autoras (es), 2018. Realizaram-se 10 disparos iniciais com o objetivo de obter uma quantidade de pontos mais agrupados, porém, como não se obteve êxito no objetivo e os pontos ficaram muito dispersos, efetuou-se mais 10, totalizando 20 disparos na realização do experimento. A Figura 2 mostra a folha de papel fixada no chão com os pontos dos disparos demarcados. Figura 2: Folha de Papel Com Identificação dos Pontos Alcançados. Fonte: Autoras (es), 2018. É importante mencionar que, antes de proceder com os disparos, determinou-se a distância em relação a altura alcançada e a origem da folha de papel A4, como mostra a Figura 3, obtendo-se o valor 190 cm (1,9 m). Figura 3: Distância em Relação à Altura Alcançada e a Origem da Folha. Fonte: Autoras (es), 2018. Em seguida, depois de realizados todos os disparos, que seguiram uma trajetória parabólica, com a ajuda de um compasso elaborou-se uma circunferência de menor raio possível obtendo-se o valor de 2,7cm (0,02 m) abrangendo a maior quantidade de pontos dentro do circulo (8 pontos). Com a ajuda de uma régua milimétrica, mediu-se a distância da origem da folha até os pontos que compõem a circunferência e somaram- se a esses valores os 190 cm para conseguir o alcance total entre o disparador e cada ponto. Depois de realizados todos os procedimentos, ocorreu a possibilidade de somar todos os disparos para chegar a média do alcance horizontal, e posteriormente calcular a velocidade. 5 Resultados e Discussões Os resultados do alcance horizontal obtidos em cada um dos lançamentos pertencentes a circunferência são mostradas na Figura 4. No qual é possível se verificar que a média do alcance é 2,04 m e sua margem de erro é de 0,02 m. Vale ressaltar que, os valores dos lançamentos variaram devido a força com que os integrantes do grupo a realizaram. N° X (m) V (m/s) 1 2,06 9,17 2 2,06 9,17 3 2,06 9,17 4 2,05 9,12 5 2,04 9,08 6 2,03 9,03 7 2,02 8,99 8 2,01 8,94 MEDIA 2,04 9,08 DESVIO 0,02 0,09 Figura 4: Tabela com os Valores de Lançamento Obtidos. Fonte: Autoras (es), 2018. Seguidamente a montagem da tabela com os valores de alcance, elaborou-se um gráfico no qual mostra a curva formada com os dados logrados. A Figura 5 mostra o gráfico. Figura 5: Gráfico do Alcance Horizontal. Fonte: Autoras (es), 2018. Procedeu-se com o cálculo da variação do tempo de queda livre do lançamento, como mostra a Equação 1, necessária para calcular em seguida a velocidade com que a esfera alcançaria a folha de papel, como mostra a Equação 2. Equação 1 𝑯 = 𝒈 ∗ 𝒕² 𝟐 0,99 = 9,8 ∗ 𝑡² 2 0,99 = 4,9𝑡² 𝑡² = 0,202 𝑡= √0,202 𝑡 = 0,44 𝑠 Onde: 𝐻 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎; 𝑔 = 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 (9,8 𝑚/𝑠²) 𝑡 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜. Equação 2 𝐕𝐨𝐱 = 𝐗 ∗ √𝟐𝒈 𝐇 Vox = 2,04 ∗ √2 ∗ 9,8 0,99 Vox = 9,17 𝑚/𝑠 Onde: Vox = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒; X = Alcance; 𝑔 =Gravidade 𝐻 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 Com a realização do procedimento, observou-se que, no momento em que a esfera foi disparada, a média de seu alcance horizontal foi de 2,04 m, seu tempo 0,44 s e sua velocidade 9,17 m/s. 6. Conclusão Com este experimento, contastou-se que a partir do momento que a esfera é disparada, esta parte do seu ponto inicial com uma velocidade cinética e, quando a mesma está se aproximando do seu destino final, a energia cinética é convertida em energia potencial gravitacional, o que faz com que a velocidade da esfera aumente cada vez mais. y = 4,4495x R² = 1 8,90 8,95 9,00 9,05 9,10 9,15 9,20 2 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07V e lo c id a d e d e l a n ç a m e n to ( m /s ) Alcance (m) RELAÇÃO ENTRE VELOCIDADE HORIZONTAL E ALCANCE 7. Referências JÚNIOR, Joab. Mecânica. Página: Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/ fisica/mecanica.htm>. Acesso em: 01 abr. de 2018. MARTINI, Glória; WALTER, Spinelli et al. Conexões com a Física. 2ª Edição. São Paulo, 2013. MÁXIMO, Antônio; BEATRIZ, Alvarenga. Física: volume I. 1ª Edição. São Paulo, 2009. ZUCOLOTTO, Benjamim; SILVA, Cláudia. Ensino de física em espaços informais: uma experiência com lançamento de foguetes de garrafas pet. In: V Colóquio Internacional: “educação e contemporaneidade”. Sergipe, 2011.
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