Segunda lei de Newton

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Segunda lei de Newton
Paulo Sergio de lima Lucianelli
RU:1925021
 
 Centro Universitário Uninter 
Endereço: Av. Constituição, 1759 1º ANDAR, São José do Rio Preto - SP, CEP 15025-120
E-mail: paulo.lucianelli@hotmail.com
 
Resumo: 
Investigar, por meio de gráficos e análise de dados, como força, massa e aceleração estão relacionadas como: 
- Calcular a aceleração adquirida por um sistema sob a ação de uma força constante. 
- Verificar que a aceleração adquirida por um corpo sob ação de uma força constante é inversamente proporcional à massa do corpo. 
 
Introdução: 
A segunda lei de Newton afirma que a aceleração de um objeto depende de sua massa e da força total aplicada sobre ele. Essa lei pode ser escrita matematicamente da seguinte maneira: 
 força = massa × aceleração ou F = m × a Essa equação pode ser rearranjada: aceleração = força/massa 
 
A relação entre essas variáveis pode ser usada para explicar a mecânica envolvida em muitas colisões, de pessoas jogando futebol americano a automobilísticos. Também é muito útil quando queremos saber como acelerar rapidamente ou como criar bastante força com o menor esforço possível! 
 
Procedimento: 
1 - Inicie o Virtual Physics e selecione Newton’s Second Law na lista de atividades. O programa vai abrir a bancada de mecânica (Mechanics). 
- O laboratório está montado com uma bola sobre a mesa. Um foguete está preso à bola com a função de empurrá-la pela mesa. Neste experimento não 
há atrito. Você deve coletar os dados de posição e velocidade da bola enquanto ela percorre a mesa. Você então construirá gráficos de posição e de velocidade ao longo do tempo. 
Prevendo Você consegue imaginar como será o gráfico velocidade versus tempo se a bola estiver acelerando? 
Resposta: O gráfico de velocidade versus tempo para uma bola que se desloca com aceleração constante deve ser uma reta inclinada. 
3 - Clique no Lab. book para abri-lo. Clique no botão (Recording) para começa registrar os dados. A bola começará a rolar quando você apertar o botão Force. Observe o que acontece com a bola enquanto ela rola sobre a mesa. A força inicial está regulada em 10 N e a massa da bola é de 2 kg. O experimento vai parar automaticamente quando a bola atingir o final da mesa. Um link vai aparecer em seu Lab. book contendo os dados de posição e velocidade da bola rolando sobre a mesa versus o tempo. Clique duas vezes ao lado do link e escreva a força e a massa utilizadas
4 - Reinicie o experimento clicando no botão Reset. Utilize o dispositivo de parâmetros (Parameters) para alterar a força do foguete e repita o passo 3 com outras duas forças. Anote as forças que você utilizou na tabela a
seguir. 
5 - Agora, observe o que acontece com a velocidade e a aceleração da bola ao alterar a massa da bola. Reinicie o experimento clicando no botão Reset. 
Utilize o dispositivo de parâmetros para alterar a massa da bola. Verifique que a força está regulada para 10 N e repita o passo 3 usando duas massas diferentes da massa inicial. Não altere a força neste experimento. Anote as massas na tabela abaixo
	Tabela de Dados
	Força
	Masa da 
	Velocidade
	Tempo que levou
	Aceleração
	
	(N)
	Bola
	Final (m,s)
	para atingir o fim da
	
	
	
	(KG)
	
	área de experimento
	
	
	
	
	
	(s)
	
	
	10
	2
	44,72
	8,94
	5
	
	5
	2
	31,62
	12,64
	2,5
	
	20
	2
	63,24
	6,32
	10
	
	10
	1
	63,24
	6,32
	10
	
	10
	4
	31,62
	12,64
	2,5
	
Análise e conclusão: 
 
1 - Construindo gráficos: Use os dados de cada link de seu Lab. book para construir os gráficos de velocidade versus tempo no espaço abaixo. Você desenhará um gráfico de velocidade da bola versus o tempo que ela levou para cruzar a mesa. Denomine o eixo horizontal como Tempo (s) e o eixo vertical como Velocidade (m/s). Utilize uma escala adequada. O primeiro ponto do seu gráfico deve ser (0 s, 0 m/s), que corresponde ao tempo e à velocidade inicial da bola. Indique dez pontos para cada bola e conecte os pontos utilizando cores diferentes para cada experimento. Identifique cada gráfico com a força e a massa da bola correspondente. 
 
 
2 - Abra cada um dos links de dados e anote na tabela a velocidade final e o tempo que levou para atingir essa velocidade. Atenção: anote o tempo que levou para a bola chegar ao fim da área de experimentos, é possível que o programa tenha registrado outros pontos após esse momento, mas desconsidere-os. 
3 - Interpretando gráficos: Como os gráficos de velocidade versus tempo demonstram que a bola está acelerando? 
Resposta: Podemos notar que a bola esta acelerando em virtude da inclinação da reta, na qual a velocidade varia, indicando a existência de aceleração. 
 3 - Qual bola teve a maior aceleração? 
 Resposta: A bola que obteve a maior aceleração foi aquela submetida a maior forca inicial e que tem menor massa . 
 4 - A aceleração é a medida da variação da velocidade em um intervalo de tempo. Isso pode ser expresso pela equação: aceleração = variação da velocidade/intervalo de tempo. Calcule a aceleração de cada uma das bolas utilizando essa equação. A velocidade inicial de cada bola foi 0 m/s. Anote os cálculos na tabela da página anterior. 
5 - Outra maneira de calcular a aceleração é pela segunda lei de Newton. A aceleração que você calculou na questão 4 é igual à aceleração calculada usando a segunda lei de Newton?
 
Resposta: Segunda Lei de Newton os cálculos são encontrados a partir do calculo da variação da velocidade em função do tempo . 
 
6 - Construindo gráficos: Usando os dados da tabela, faça um gráfico de força versus aceleração no espaço indicado a seguir. Você vai representar a força aplicada à bola versus a aceleração observada enquanto a bola rolava sobre a mesa. Identifique o eixo horizontal com Aceleração (m/s 2) e o eixo vertical com Força (N). Utilize somente os três primeiros pontos coletados no passo 4 do seu procedimento, os quais foram todos realizados com a mesma bola. Lembre-se de utilizar uma escala adequada
7- Interpretando gráficos: O que a declividade do gráfico força x aceleração 
informa? 
Resposta: A declividade do gráfico forca versus aceleração é calculada a partir de dois pontos quaisquer, e nos informa um valor constante numericamente equivalente a massa da bola.
8 - Controlando variáveis: Explique como você poderia produzir uma grande aceleração usando uma força pequena. 
Resposta: Para obter uma grande aceleração a partir de uma pequena forca, devemos submeter um objeto de massa muito pequena a essa forca. 
 
9 - Tirando conclusões: Quais são as duas maneiras de aumentar a 
aceleração?
 
Resposta: As duas maneiras de aumentar a aceleração são: 
1 – aumentando a forca aplicada. 
2 – diminuindo a massa do objeto submetido a forca. 
 
Conclusão: 
 
O segundo principio consiste em que todo corpo em repouso precisa de uma força para se movimentar, e todo corpo em movimento precisa de uma força para parar. O corpo adquire a velocidade e sentido de acordo com a forca aplicada. Ou seja,
quanto mais intensa for a forca resultante, maior será a aceleração adquirida pelo corpo. A forca resultante aplicada a um corpo é
diretamente proporcional ao produto entre a sua massa inercial e a aceleração adquirida pelo mesmo F=m.a.. Se a forca resultante for nula (F=0) o corpo estará em repouso (equilíbrio estático) ou em movimento retilíneo uniforme (equilíbrio dinâmico). A força poderá ser medida em Newton se a massa for medida em kg e aceleração 
em m/s2 pelo Sistema Internacional de Unidades de medidas (SI). 
Referências: 
 
Programa: Virtual Lab. física Mecânica.