Relatório Prática 03 Física Experimental - Segunda Lei de Newton

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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL 
MINISTÉRIO DE EDUCAÇÃO 
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS 
UNIDADE VIII - VARGINHA - MG 
 
 
 
Caio Tiso Oliveira 
Miguel Ângelo Leite da Silva 
Pedro Henrique Riso Santos 
Rafael Nonato Amorim Santos 
Sebastião Nicolau Mendes Junior 
 
 
 
 
 
 
 
AULA PRÁTICA 03 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Varginha - MG 
2018
 
 
2 
 
CAIO TISO OLIVEIRA 
MIGUEL ÂNGELO LEITE DA SILVA 
PEDRO HENRIQUE RISO SANTOS 
RAFAEL NONATO AMORIM SANTOS 
SEBASTIÃO NICOLAU MENDES JUNIOR 
 
 
 
 
 
 
 
AULA PRÁTICA 03 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado à Disciplina de Física 
Experimental 1 do curso de Bacharel em Engenharia 
Civil do Centro Federal de Educação Tecnológica de 
Minas Gerais – CEFET-MG, Unidade Varginha, como 
requisito parcial à obtenção de créditos da disciplina. 
 
 
 
 
Professor: Pedro Duarte Antunes 
 
Varginha – MG 
2018 
 
 
3 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. RESUMO .............................................................................................................................. 4 
2. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 5 
3. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 6 
4. MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................................ 7 
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE I ............................................................. 9 
6. ANÁLISE DE RESULTADOS PARTE I ........................................................................ 10 
7. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE II .......................................................... 12 
8. ANÁLISE DE RESULTADOS II ..................................................................................... 13 
9. CONCLUSÃO .................................................................................................................... 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. RESUMO 
 
O experimento da Segunda Lei de Newton foi dividido em duas etapas, uma com foco 
na caracterização do impacto de Força Resultante sobre a aceleração e outra com foco no 
impacto da variação da massa sobre a aceleração. Tendo em vista, isso na primeira etapa 
variou-se a Força Aceleradora e massa do corpo, enquanto na segunda variou-se a massa 
do corpo acelerado. Constatou-se uma relação de proporcionalidade direta entre Força 
Aceleradora e aceleração e proporcionalidade inversa entre massa e aceleração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. INTRODUÇÃO 
 
 Em princípio, Isaac Newton explicou vários comportamentos relativos ao movimento 
de objetos físicos usando três leis. A segunda lei de Newton, também chamada de princípio 
fundamental da dinâmica, afirma que a força resultante em uma partícula é igual a razão do 
tempo de mudança do seu momento linear P em um sistema de referência inercial: 
 F= 
𝑑𝑝
𝑑𝑡
 = 
𝑑(𝑚𝑣)
𝑑𝑡
 
 Esta lei conforme acima apresentada tem validade geral, contudo, para sistemas onde 
a massa é uma constante, esta grandeza pode ser retirada da derivada: 
 F=𝑚
𝑑𝑣
𝑑𝑡
 =ma. 
Onde F é a força resultante aplicada, m é a massa (constante) do corpo e a é a 
aceleração do corpo. 
Com base em seus estudos, o movimento de um objeto colocado em um trilho de ar 
para reduzir o atrito do local de trajeto, será observado e caracterizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. OBJETIVOS 
 
O experimento desenvolvido em laboratório foi realizado com o intuito de caracterizar 
a atuação da Segunda Lei de Newton, observando a influência de variações na massa e Força 
Aceleradora, e o impacto que uma grandeza desempenha sobre a outra. 
Tendo em vista este princípio, a primeira etapa do experimento teve como intuito a 
observação do impacto da Força Resultante e da massa do corpo acelerado sobre a 
aceleração atuante sobre o sistema. 
Na segunda etapa do experimento realizado em laboratório, o objetivo era a 
caracterização do impacto da variação da massa do corpo sobre a aceleração do mesmo, 
mantendo a Força Aceleradora constante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
4. MATERIAIS UTILIZADOS 
 
Os materiais usados foram: 
• Cronometro LCD Digital Timer Modelo AZB-20 Modulo Local; 
• Fixador Metálico Sensor sem batente trilho de ar; 
• Carrinho trilho de ar linear preto; 
• Sensor fotoelétrico com entrada USB Modelo AZB-20 (preto); 
• Eletroímã Completo com bornes e haste de fixação; 
• Fonte chaveada 12V/2A; 
• Cabo de ligação eletroímã cronometro digital Timer AZB-20; 
• Cabo para conexão dos sensores; 
• Fixador eletroímã para trilho de ar linear com manipulo; 
• Massa aferida 10g com furo central de 2,5mm; 
• Massa aferida 20g com furo central de 2,5mm; 
• Suporte de massas aferidas com base de plástico; 
• Y final de curso com roldana raiada; 
• Manipulo cabeça de plástico M6x16; 
• Massa aferida 20g com furo central de 5mm; 
• Massa aferida de latão 50g com furo central de 5mm; 
• Massa aferida 10g com furo central de 5mm; 
• Arruela lisa inox M4; 
• Manipulo de latão niquelado M4x13; 
• Elástico para dinheiro. 
• Carretel de linha 10 pipa com 120 m; 
• Pino para carrinho trilho de ar com gancho; 
 
 
8 
 
• Pino para carrinho trilho de ar com fixador para eletroímã; 
• Pino para carrinho trilho de ar interrupção sensor; 
• Mangueira 2m; 
• Trilho 1.200 mm para trilho de ar; 
• Unidade de fluxo de ar (110V). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE I 
 
Inicialmente, foi feita a montagem do equipamento, na qual conectou-se o trilho de ar 
à uma mangueira, a partir da qual o ar seria bombeado para o trilho. Após esta etapa, 
posicionou-se o eletroímã em uma das extremidades. Anteriormente ao posicionamento do 
cavaleiro e do suporte para os pesos serem posicionados, estes foram pesados, utilizando 
uma balança de precisão. 
Em seguida, posicionou-se o cavaleiro adjunto ao eletroímã e um sensor fotoelétrico a 
uma distância de 0,300 m aferida a partir do eixo central do cavaleiro. Feito isso, conectou-se 
o cavaleiro, por um fio, à um suporte de peso posicionado em uma das extremidades. Por fim, 
conectou-se o cronômetro digital e constatou-se a identificação de um único sensor 
fotoelétrico pelo cronômetro. 
Adotando-se o valor da aceleração gravitacional no local como 9,8 m/s², foi calculada 
a Força Aceleradora do sistema, a qual era a Força Peso do suporte com os pesos. 
Configurou-se, então, o cronômetro digital de modo que este fornecesse a marcação 
do tempo gasto pelo cavaleiro para atingir o sensor posicionado à distância de 0,300 m de 
seu eixo central. 
Feito isso, iniciou-se o experimento, fazendo uso de 5 repetições para cada 
configuração de pesos. Após a anotação dos tempos para cada repetição, seguiu-se para a 
nova configuração de pesos, na qual coletava-se um peso de massa 0,010 Kg do cavaleiro e 
transferia-o para o suporte, de modo a aumentar a força aceleradora, a qual foi recalculada, 
e diminuir a massa do cavaleiro, buscando constatar o efeito na aceleração. 
O procedimento foi repetido sucessivamente, até que não houvesse mais nenhum 
peso adicional ao cavaleiro. 
 
 
 
10 
 
6. ANÁLISE DE RESULTADOS PARTE I 
 
A partir dos dados coletados, tendo em vista a realização de cinco repetições para 
cada configuração de pesos, tendo como variação da massa entre uma configuração e outra 
o valor de -0,010 kg, a tabela 1 foi gerada. 
 
Tabela 1: Tabela de dados amostrais. 
Massa 
do 
Sistema 
(kg) 
Força 
Aceleradora 
(N) 
Deslocamento 
(m) 
Tempo (s) 
Aceleração 
(m/s²) 
Força/Aceleração 
(kg) 
0,300470,193060 
0,300 
0,970709 0,642527 0,300470 
0,294000 0,793436 0,978467 0,300470 
0,397400 0,682138 1,313755 0,302492 
0,491274 0,611203 1,635018 0,300470 
0,592018 0,557545 1,970307 0,300470 
0,688548 0,516926 2,291570 0,300470 
0,789292 0,483507 2,626858 0,300470 
Fonte: Dados experimentais obtidos em laboratório. 
 
Fisicamente, a relação da Força Aceleradora dividida pela aceleração implementada 
no corpo (Fa/a) é igual a massa do sistema acelerado. Sendo assim, a coluna 6 da Tabela 1, 
considerando a tolerância de erro igual a 5%, fornece o valor da massa do sistema, assumindo 
um valor considerado constante. 
A partir dos dados coletados experimentalmente, foi possível gerar o Gráfico 1, a qual 
relaciona o crescimento da força aceleradora com a aceleração implementada. 
 
 
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Gráfico 1: Força Aceleradora versus Aceleração. 
Fonte: Dados experimentais obtidos em laboratório. 
 
Com base na observação do gráfico gerado a partir dos dados, é possível constatar 
que o crescimento da força aceleradora em função da aceleração pode ser apresentado, com 
boa precisão, como sendo linear e tendo como coeficiente angular 0,3002 e coeficiente linear 
0,0008. 
Pela análise do gráfico pode se observar que quanto maior a aceleração imposta sobre 
o corpo, maior a Força Resultante sobre ele atuante. Tal relação é evidenciada no valor 
positivo encontrado para o coeficiente angular do gráfico, o qual representa fisicamente, a 
taxa de variação da Força pela aceleração. 
 
y = 0,3002x + 0,0008
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
Força 
Aceleradora 
(N)
Aceleração (m/s²)
Força Aceleradora (N) x Aceleração (m/s²)
 
 
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7. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE II 
 
Para a montagem do equipamento inclinou-se levemente o trilho para compensar a 
Força de atrito e verificou se o cavaleiro percorria o trajeto constantemente. Logo após, 
colocou-se o eletroímã no extremo do trilho e fez-se um ajuste para que a distância entre o 
cavaleiro e o sensor seja igual a 0,300 m, esse deslocamento mediu-se entre o pino central 
do cavaleiro e o centro do sensor. Após isso, ligou-se o cronômetro e verificou-se se ele 
identificava o sensor e testou-se seu funcionamento. Para o cavaleiro ficar na posição inicial, 
ligou-se o eletroímã a fim de ele percorresse o trajeto somente com a ativação do cronômetro. 
Com isso, mediu-se com uma balança a massa do cavaleiro (mc) e acessórios, 
(cavaleiro + pino de interrupção +fixador do fio + fixador do eletroímã). Colocou-se no suporte 
para massas aferidas (mediu-se a massa do suporte de massas), duas massas de 20,0 g. 
Logo após, determinou-se o módulo da força aceleradora (Fa) através do peso do 
suporte. Ou seja: 
Fa = P(ms) = ms x g 
g = 9,8 m\s² 
Diante disso, anotou-se a massa total m a ser acelerada (m = mc + carga + ms). Ligou-
se o cronômetro e verificou-se o funcionamento do sensor. E, programou-se o cronômetro 
para registrar o tempo de deslocamento. Analisaram-se seis casos, no qual o primeiro mc = 
240,51g e aumentou-se a massa 20 g a mais sucessivamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8. ANÁLISE DE RESULTADOS II 
 
Cada caso foi repetido cinco vezes para testar a precisão do cronômetro. Após a 
realização do experimento e coleta dos dados gerados, foi realizada a média de tempo gasto 
no deslocamento para a geração da tabela 2. 
 
Tabela 2: Tabela de dados da amostragem do experimento II. 
Fonte: Dados obtidos em laboratório. 
Ao analisar os dados obtidos, é possível notar que a tolerância de 5% foi ultrapassada 
somente no sexto caso, levando ao entendimento de que o sobrepeso no cavaleiro fez com 
que o atrito seja significativo no deslocamento. Além disso, outros fatores podem interferir na 
precisão de coletas de dados, tais como a resistência do ar e o nivelamento do trilho. Porém, 
considerando os casos anteriores, fica evidente que as informações coletadas respeitam a 
tolerância de erro. 
Visando analisar os efeitos da variação da aceleração em função da massa o gráfico 
2 foi gerado utilizando os dados da tabela 2. 
 
 
 
 
 
Caso Força 
Aceleradora 
Fa (N) 
Deslocamento 
Δx (m) 
Tempo 
Δt(s) 
Aceleração 
(m/s²) 
Massa do 
 sistema 
(kg) 
Produto 
m x a 
(N) 
Desvio 
(%) 
1 
4,91000E-01 0,300 
0,6024352 1,653225 
2,90570E-
01 4,80378E-01 2,16342% 
2 0,622460 1,548566518 
3,10700E-
01 4,81140E-01 2,00822% 
3 0,6418372 1,456471 
3,30830E-
01 4,81844E-01 1,86473% 
4 0,6605416 1,375158 
3,50930E-
01 4,82584E-01 1,71398% 
5 0,6782264 1,304376 
3,71090E-
01 4,84041E-01 1,41733% 
6 0,7232026 1,147321 
3,90870E-
01 4,48453E-01 8,66530% 
 
 
14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Gráfico 2: Aceleração versus Massa. 
Fonte: Dados obtidos experimentalmente em laboratório. 
A análise do gráfico revela que o aspecto da curva obtida possui um comportamento 
linear, a partir do qual é possível concluir que a função polinomial do primeiro grau é a que 
mais representa a curva. Com isso, utilizando os recursos do Excel obtêm-se a equação linear: 
Y=-4,7857x+3,0355 
Diante disso, com a intenção de facilitar o estudo do gráfico 1, foi elaborada uma 
tabela 3, no qual foi elevada a massa ao expoente -1 (m-1) na obtenção te possuir uma 
função crescente representada no gráfico 3. 
Tabela 3: Dados calculados após a amostragem. 
Massa do sistema (kg) 
M-¹ 
(kg-¹ ) a (m/s²) 
0,29 3,45 1,65 
0,31 3,23 1,54 
0,33 3,03 1,45 
0,35 2,86 1,37 
0,37 2,70 1,30 
0,39 2,56 1,14 
Fonte: Dados obtidos em laboratório. 
 
 
 
 
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 Gráfico 3:Aceleração versus Massa. 
Fonte: Dados obtidos experimentalmente em laboratório. 
 
Tratando-se de um gráfico que pode ser representado por uma função de primeiro 
grau, foi possível obter a equação que representa a linearização do gráfico 3. Assim, por se 
tratar de função que depende somente da massa (m-1) o coeficiente linear tende a ser zero. 
Além disso, o coeficiente angular do gráfico, ou seja, sua taxa de variação, caracteriza-se 
como a força aceleradora, a qual possui um valor de 0,4746 N. Esse entendimento foi obtido 
através da seguinte análise dimensional: 
Y=ax+b; 
a= 
Δ𝑦
Δ𝑥
 ; 
a=
𝑚/𝑠²
1/𝑘𝑔
 ; 
a=
𝑘𝑔.𝑚
𝑠²
 ; 
a=[N]. 
Com isso, percebe-se que a relação entre a aceleração e a massa sob a ação de 
uma força constante, é inversamente proporcional. 
 
 
 
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9. CONCLUSÃO 
 
A partir dos resultados obtidos pelos experimentos, foi possível caracterizar a 
Segunda Lei de Newton e a atuação das grandezas envolvidas no sistema. Desse modo, é 
possível obter uma conclusão para cada etapa do experimento desempenhada. 
Na primeira etapa, na qual foi realizada a variação da Força Aceleradora e da massa 
do corpo acelerado, é possível concluir que a Força Aceleradora possui uma relação de 
proporcionalidade direta com a aceleração. 
Na segunda etapa, na qual foi realizada a variação da massa do corpo acelerado, 
mantendo-se a Força Aceleradora do sistema constante, levando a conclusão de que a 
massa de um corpo é inversamente proporcional à aceleração que ele adquire para uma 
mesma força.