Segunda Lei de Newton-Relatório de Física Experimental

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FORTALEZA-CE 
2019.1 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
CURSO DE ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO PRÁTICA 04 
SEGUNDA LEI DE NEWTON 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO (A): ALICE BARROS FREIRE 
TURMA: 15A DATA: 07/05/2019 HORÁRIO:14H ÀS 16H 
CURSO: ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS 
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL PARA ENGENHARIA 
PROFESSORA: DÉBORA TORRES 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 OBJETIVOS............................................................................................03 
2 MATERIAIS............................................................................................04 
3 INTRODUÇÃO........................................................................................05 
4 PROCEDIMENTO...................................................................................07 
5 QUESTIONÁRIO....................................................................................09 
6 CONCLUSÃO..........................................................................................11 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. OBJETIVOS 
 Estudar a variação da aceleração versus a força resultante aplicada; 
 Estudar a variação da aceleração em função da massa para uma dada 
força resultante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. MATERIAIS 
 Trilho de ar com eletroímã; 
 Cronômetro eletrônico digital; 
 Unidade geradora de fluxo de ar; 
 Balança digital; 
 Carrinho com três pinos (pino preto, pino ferromagnético e um pino 
com gancho); 
 Chave liga/desliga; 
 Y de final de curso com roldana; 
 Suporte para massas aferidas; 
 Massas aferidas ( 3 de 10g, 6 de 20g, 2 de 50g); 
 Cabos; 
 Fotossensor; 
 Fita métrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. INTRODUÇÃO 
Isaac Newton foi um físico de extrema importância para Mecânica 
Clássica, uma fez que suas três leis fundamentaram a base da mesma. Essas 
leis conseguiram explicar a dinâmica de que envolve o movimento dos 
corpos. Contudo, nesta prática será focada a 2° lei: Princípio Fundamental 
da Dinâmica. Ela afirma que um corpo ao sofrer a ação de uma força “F”, 
sendo esta não nula, obtém aceleração “a” que possui o mesmo sentido e 
direção da força resultante. Essa aceleração será diretamente proporcional à 
forma “F” e inversamente proporcional à massa do corpo que está sob ação 
da força. 
 
 Demonstração 2° lei de Newton 
Disponível em: https://www.todamateria.com.br/segunda-lei-de-newton/ 
 
 
A representação equacional matemática da 2° lei é dada por. 
F= m.a 
Onde, 
F= Força Resultante (unidade de medida N) 
m = Massa (unidade de medida Kg) 
a = Aceleração (relação entre velocidade e tempo, unidade de 
medida=m/s2) 
https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjhvvOx76jiAhWtD7kGHdHIBKEQjRx6BAgBEAU&url=https%3A%2F%2Fwww.todamateria.com.br%2Fsegunda-lei-de-newton%2F&psig=AOvVaw0-KkLFxifRdEHOlIXeojT6&ust=1558398907444569
https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjhvvOx76jiAhWtD7kGHdHIBKEQjRx6BAgBEAU&url=https%3A%2F%2Fwww.todamateria.com.br%2Fsegunda-lei-de-newton%2F&psig=AOvVaw0-KkLFxifRdEHOlIXeojT6&ust=1558398907444569
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Sendo aceleração inversamente proporcional a massa, é 
dada da seguinte forma: 
 a=F 
 m 
Durante a prática consideramos que o carrinho que possui massa “M” 
locomove-se sobre um trilho de ar praticamente sem nenhum atrito. No 
qual ele, o carrinho, está preso à uma das extremidades de um fio 
inextensível e de massa desprezível e na outra extremidade há um corpo de 
massa “m”. Portanto, pode-se determinar a aceleração dos corpos 
utilizando o sistema de equações: 
T=M.a 
P-T=m.a 
 
Ao somar as equações será obtido: 
P= (M+m).a 
Portanto, F=Mr.a, a força peso (P) é igual a massa total do sistema (M+m) 
multiplicada pela aceleração dos corpos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. PROCEDIMENTOS 
Nesta primeira parte do procedimento o objetivo é observar a relação entre 
a Força Resultante e a Aceleração (m=constante). Aplica-se diversas forças 
peso “P” ao sistemas e assim medir a aceleração. Em seguida multiplica-se 
a aceleração pela massa total do sistema, para verificar se o sistema 
obedece à 2° lei de Newton. Primeiramente verificou-se se o trilho de ar 
está nivelado corretamente, após isso foi fixado os três pinos no carrinho e 
utilizando a balança foi determinada a massa dos carrinhos com pinos: 
mc=218,9g. 
Foi pedido aos alunos que determinassem também a massa do porta peso 
usando a balança, mp=8,8g 
Na tabela abaixo estão descritos os tempos que o carrinho precisou para 
deslocar-se 50 centímetros (até o fotossenssor), reduzindo sempre 20 
gramas do carrinho e adicionando 20 gramas no porta peso, mantendo a 
massa total Mt sempre constante. 
M=massa do carrinho com os pinos adicionando ou reduzindo pesos. 
m=massa do porta peso adicionando ou reduzindo pesos. 
4.1 – Relação entre Força Resultante e Aceleração (m= constante) 
 
M (g) m(g) Mt(g) t1(s) t2(s) t3(s) Média t(s) a(cm/s²) 
298,9 28,8 327,7 1,093 1,093 1,080 1,089 84,32 
278,9 48,8 327,7 0,829 0,829 0,828 0,829 145,50 
258,9 68,8 327,7 0,698 0,699 0,696 0,698 205,25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4.2 Relação entre aceleração e massa (F=constante) 
Neste procedimento foi aplicado sempre a mesma força peso P ao sistema, 
ou seja, ela é constante, aumentando 20gramas a massa do carrinho. 
Aumentou-se a massa total e calculou-se a aceleração. Foi multiplicado a 
aceleração pela massa total do sistema, assim verificaremos se o sistema 
obedece à 2° lei de Newton. 
M (g) m(g) Mt(g) t1(s) t2(s) t3(s) Média 
t(s) 
a(cm/s²) 
238,9 48,8 287,7 0,782 0,778 0,774 0,778 165,21 
258,9 48,8 307,7 0,805 0,804 0,801 0,803 155,08 
278,9 48,8 327,7 0,834 0,834 0,831 0,833 144,11 
298,9 48,8 347,7 0,856 0,858 0,855 0,856 136,47 
318,9 48,8 367.7 0,877 0,877 0,874 0,876 130,31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. QUESTIONÁRIO 
Questão 1- Baseado nos dados da Tabela 4.1 preencha o quadro abaixo. 
Anote a massa total em kg, a aceleração em m/s2, faça o produto da massa 
total pela aceleração. Anote também a força aplicada (P = mg) em 
Newtons. Comente os resultados. 
MT (kg) A (m/s²) MT.a (N) F=P=m.g (N) 
0,3277 0,8432 0,276 0,0288.10=0,288 
0,3277 1,455 0,476 0,0488.10=0,488 
0,3277 2,0525 0,672 0,0688.10=0,688 
 
Fica claro que a força peso do porta-peso é praticamente igual a força no 
qual o carrinho foi puxado, isto é, a aceleração da força de tração é a 
mesma que puxa o carrinho. 
 
Questão 2- Baseado nos dados da Tabela 4.2 preencha o quadro abaixo. 
Anote a massa total em kg, a aceleração em m/s2, faça o produto da massa 
pela aceleração. Anote também a força aplicada (P = mg) em Newtons. 
Comente os resultados. 
MT (kg) a (m/s²) MT.g F=P=m.g 
0,2389 1,6521 0,394 0,0488.10=0,488 
0,2589 1,5508 0,401 0,0488.10=0,488 
0,2789 1,4411 0,401 0,0488.10=0,488 
0,2989 1,3647 0,408 0,0488.10=0,488 
0,3189 1,3031 0,415 0,0488.10=0,488 
 
Pode-se notar que a força com que o carrinho é puxado não variou de 
forma significativa quando aumenta-se a massa do carrinho. Algo já 
previsto, uma vez que a área do experimento era praticamente sem atrito, 
portanto, a massa do carrinho usado uma vez modificada não influencia na 
força com que é puxado. 
 
 
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Questão 3-Baseado na Tabela 4.2 preencha o quadro abaixo. 
a(m/s²) 1,6521 1,5508 1,4411 1,3647 1,3031 
1/MT (1/kg) 3,475 3,249 3,051 2,876 2,719 
 
Questão 4- Faça o gráfico da aceleração em funçãode 1/M para os dados 
da questão anterior. 
 
 
Questão 5 -Qual o significado físico da inclinação do gráfico da questão 
anterior? Justifique. 
 tan θ =a 
 1 
 M 
 tan θ = a × M 
 F = a × M 
A inclinação significa a Força em função da massa total e a aceleração do 
sistema. A inclinação nada mais é do que a tangente dessa reta, que é 
calculada por cateto oposto sobre o adjacente. O cateto oposto é a 
aceleração, e o cateto adjacente é 1/MT. Resolvendo os cálculos, 
encontramos a fórmula da Força. 
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6. CONCLUSÃO 
Esta prática teve a finalidade de promover um estudo maior e específico da 
2° lei de Newton. Aos alunos ficou evidente a relação entre massa e 
aceleração, relação essa que o objetivo final é obter a força através da 
multiplicação de ambas. Seguindo a proposta é possível observar que o 
sentido e a direção da aceleração dependem unicamente da Força 
Resultante sofrida pelo corpo. Ao avaliar os resultados obtidos, é 
importante apontar a força da tração que não puxa somente o carrinho, mas 
também o porta pesos. Contudo esta possui aceleração que tanto vale para o 
carrinho quanto para o porta peso. Alguns fatores podem ter influenciado 
em alguns resultados não tão precisos, como o desnivelamento do trilho de 
ar, o atrito com a roldana, o manejo com os equipamentos (calibragem da 
intensidade do eletroímã), dentre outros. Entretanto, nada significativo que 
comprometesse o experimento. Conclui-se, portanto, que o experimento foi 
satisfatório, atingindo o objetivo proposto inicialmente no presente 
relatório. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 Dias, N. L. Roteiros de Aulas Práticas de Física. Edição 2019 
 
 Leis de Newton. Disponível em: 
<https://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/leisden
ewton.php > 
Acessado em 19 de maio de 2019, às 20:50 
 
 Leis de Newton. Disponível em: 
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/leis-newton.htm pendulo > 
Acessado em 19 de maio de 2019, às 21:30 
 
 2° lei de Newton. Disponível em: 
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/leis-newton.htm> 
Acessado em 19 de maio de 2019, às 21:50