DANIEL_Relatório4_Laboratorio_De_Fisica_1-COMPLETO.pdf
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1 Departamento de Física-UFG Regional Catalão SEGUNDA LEI DE NEWTON E TEORIA DO TRABALHO- ENERGIA CINÉTICA Curso: Laboratório de Física 1 Professor: Jorge Luiz Vieira dos Anjos Daniel Bittencourt Marques Catalão - GO 28 de Novembro de 2018 1 1 INTRODUÇÃO Neste relatório, será tratado acerca de dois temas, que são a Segunda Lei de Newton e a Teoria do trabalho e energia cinética, por meio do experimento no trilho de ar, realizado em laboratório. O trilho de ar tem a finalidade de reduzir o atrito, de tal modo que, seja possível descrever movimentos, como o movimento acelerado de um corpo A, que por sua vez sofre influência de uma massa B, que se encontra sob a ação da gravidade. Conforme afirma a segunda lei de Newton a força motriz exercida em um corpo é o produto da massa do corpo, pela aceleração. Sendo o caso particular no qual a resultante das forças aplicadas no sistema é nula, a aceleração apresenta valor também nulo, \ud835\udc4e = 0. Sendo assim, o movimento será uniforme e equivalente ao movimento de um corpo não sofre ação de forças externas, tal qual é descrito pela 1ª Lei de Newton (a Lei da Inércia). A segunda lei de newton é, portanto, mostrada através d equação: \ud835\udc39\u20d7\u20d7 \u20d7\ud835\udc5f\ud835\udc52\ud835\udc60 = \ud835\udc5a\ud835\udc4e (1) A figura abaixo demonstra o sistema de massas acopladas, na qual se aplicam as leis de newton de trabalho e energia cinética: Figura 1Figura esquemática que representa o sistema de bloco deslizante em bloco pendente. Também é possível fazer a análise do sistema por meio da Lei do Trabalho e da Energia cinética. Segundo Halliday (1923, p.145) \u201c... a energia pode mudar de forma e ser transferida de um objeto para o outro, mas a quantidade total de energia permanece constante (a energia é conservada).\u201d \u2206\ud835\udc38 = \ud835\udc38\ud835\udc53\ud835\udc61\ud835\udc5c\ud835\udc61\ud835\udc4e\ud835\udc59 \u2212 \ud835\udc38\ud835\udc56\ud835\udc61\ud835\udc5c\ud835\udc61\ud835\udc4e\ud835\udc59 = 0 (2) Fonte: http://www.geocities.ws/cadernodefisica /polias.htm, acessado em 24/11/2018. Paul. A. Tipler e Gene Mosca (2006, p.168-169) afirmam que a energia cinética e energia potencial máximas só tem valor equivalente, pois quando o corpo não está em movimento (em uma certa altura), sua energia potencial é máxima pois a altura é maximizada e a energia cinética é zero. Por sua vez no momento em que a massa está em iminência de encostar o chão, a energia cinética é máxima pois, a velocidade obtida é a máxima para aquele sistema, enquanto a sua energia potencial naquele tempo é zero. 2 2 OBJETIVOS O presente relatório objetiva, através dos experimentos realizados em laboratório no trilho de ar com o carro flutuador, obter uma relação entre a massa e a aceleração, relacionando- a com a Segunda Lei de Newton, e analisar o mesmo sistema segundo a teoria do Trabalho e da energia cinética. 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 MATERIAIS Para a realização o processo de experimentação fez-se necessário os seguintes materiais: \uf0a7 Tripé com apoio para aparelho de gravação; \uf0a7 Haste metálica; \uf0a7 Aparelho de gravação digital com 30 f.p.s.; \uf0a7 Gerador de fluxo de ar CIDEPE®; \uf0a7 Balança digital; \uf0a7 Trilho de ar CIDEPE®; \uf0a7 2 Discos de metal de 50,1g; \uf0a7 1 disco de metal de 22,3g; \uf0a7 Barbante; \uf0a7 Carrinho de 187,4 g do tipo 2 CIDEPE®; \uf0a7 Software digital de tratamento de dados físicos, Tracker, v:5.0.6. A figura a seguir representa a o sistema utilizado para a realização do experimento de segunda Lei de Newton e Trabalho: 3 Figura 2- Figura esquemática do sistema de trilho de ar para movimento acelerado (imagem meramente ilustrativa. Cores fantasia). . Fonte: Ilustração autoral. Vale salientar que esse esquema representa o movimento do flutuador, com a presença dos discos de metálico sobre seu suporte, ou seja apenas uma das partes do experimento. Para a outra parte retira-se as massas e o sistema do carrinho corre livremente. Segue imagem de carro planador da marca CIDEPE utilizado em laboratório no experimento: Figura 3 Carrinho planador. Fonte: internet. Disponível em: https://www.youtube.com watch?v=0BHpn-bCJRQ( em 1:43 segundos) 4 3.2 MÉTODOS Para o experimento, foram realizados testes para a validação e confiabilidade das medidas do experimento, sobre o aparato a ser utilizado. Nesse sentido, realizou- se testes pré-experimentais, os quais verificavam a precisão do equipamento, averiguando se o trilho se encontra totalmente paralelo ao solo, isto é, se quando posto em três pontos do trilho do ar ele permanece imóvel. Ainda observou-se a possibilidade do cordão atritar com a superfície na extremidade do trilho de ar, que poderia vir a frenar o movimento, caracterizando-se assim, como um erro grosseiro. Além disso, posicionou-se o suporte e moveu-se câmera de modo que pudesse ser captado por ela, com o maior grau de detalhamento possível, as medidas a serem anotadas, tal qual fosse capas de capturar o trilho de ar como um todo. Também foi atentado a questão de que o peso deve estar em iminência de encostar no chão. Anotou-se as massas do carrinho e dos discos metálicos. Tendo sido realizadas as verificações, inicia-se portanto o experimento em si. Enumera-se assim: 1. Posicionar o carrinho em uma das extremidades; 2. Posicionar o fio de barbante, sobre a polia; 3. Ligar a câmera; 4. Ligar o equipamento gerador de ar comprimido; 5. Liberar o carro à uma distância suficientemente grande, para que o peso que se encontra pendente na polia, ao final do trajeto se encontre em eminência de encostar no chão; Primeiramente, para que o carro mantivesse um padrão aceitável de movimentação, fez-se três medidas, dentre ela uma tendo sido escolhida como a ser utilizada para os cálculos. Foi adotado como referencial de ponto inicial da trajetória do carrinho, a extremidade traseira do carrinho, localizado no ponto de 5,0 cm, considerando que na metragem do trilho de ar extende-se de 0,0 cm até 1,050m, para que dessa forma ao bater no limite do trilho de ar (localizado em 1,050m) pudesse ter percorrido exatos um metro antes de o peso fixado na outra extremidade do barbante pudesse tocar o chão. 5 Para a segunda parte do experimento também foi realizado o mesmo procedimento, no entanto retirando os dois discos de 50,1 g de seu suporte. O Tracker tem o funcionamento de um editor de vídeos, nele é possível analisar um vídeo quadro por quadro. Para cada quadro é dado um intervalo linear de tempo que é dado como FPS (frame por segundo). Como o aparelho destinado a gravação dispunha de 30 FPS, em um espaço de 1 s era possível marcar 30 pontos no software. Foram marcados vinte pontos para a primeira parte do experimento e dezesseis para a segunda parte. Coletaram-se 21 pontos para o flutuador com massa e 17 para o que não continha massas, pois este se locomoveu com aceleração muito alta que inviabilizava captar toda trajetória, considerando que devia ser pegado um ponto que abrangesse até onde o peso amarrado ao fio, tocasse o chão. A imagem a seguir mostra o software Tracker, em funcionamento: Figura 4: interface do Software físico, Tracker,V: 5.0.6, utilizado para tratamento de dados Fonte: Tracker, v:5.0.6 Todo o procedimento analisados no Tracker, v:5.0.6, ferramenta de análise de vídeo e modelagem física onde foi possível obter-se os valores de posição e tempo. Tendo sido obtidos estes valores de tempo e posição foi possível a realização dos cálculos. 6 4