Relatório 3 (Velocidade de lançamento do carrinho)

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Instituto Federal de
Educação, Ciência e
Tecnologia de São Paulo
ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
Campus Birigui FISe3 – Física II
Relatório Experimental 3
Velocidade de lançamento do carrinho
Discente(s): André Luiz da Silva Conde
Breno Mazzali Medeiros Tomazelli
Vinicius de Souza Santos
Docente: Esp Altemir A. Pereira Jr.
Birigui
2021
Resumo
O presente experimento se baseia na análise de um carrinho de 500g,
analisando sua velocidade em relação a contração de sua mola interna e o
peso que era acrescido em seu corpo, sendo esses, barras de 250g cada. O
carrinho foi lançado 6 vezes, sendo que em cada uma, um aspecto, seja seu
peso e/ou a contração de sua mola interna. Ao final do experimento, foi
constatado que, com o aumento da compressão da mola, a velocidade do
carrinho aumenta, entretanto, quando a carga do carrinho foi incrementada,
ocorreu um decréscimo na velocidade. Assim, foi possível concluir que, como a
fórmula da energia mecânica nos apresenta, a velocidade e a energia potencial
elástica são diretamente proporcionais, assim sendo, quanto maior a energia
potencial do carrinho -quanto mais contraída é a mola- maior a velocidade que
o carrinho poderá alcançar, todavia, a velocidade é inversamente proporcional
à velocidade, dado esse fato, quanto maior for a carga do carrinho -seu peso-,
menor é a velocidade que o carrinho poderá atingir.
1. Introdução
Desde os primeiros estudos sobre a mecânica dos corpos notou-se que
na ausência de forças dissipativas em um sistema, a quantidade de energia
não se altera, sendo este o princípio da conservação de energia mecânica. A
exemplo, um pêndulo em movimento que se encontre livre de forças como
atrito e arrasto, permanecerá em movimento, portanto ao considerar essas
outras forças nota-se que a energia será dissipada de outras formas, como
energia térmica, vibrações, etc(HELERBROCK).
A energia mecânica de um sistema, trata-se da soma da energia cinética
com as energias potenciais que atuam nele como a energia potencial elástica.
Neste experimento considera-se que a energia mecânica dissipada por outras
forças é desprezível, portanto considera-se a equação abaixo:
(Equação I)𝐸𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑎 = 𝐸𝑐𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎
A partir da Equação I, pode-se deduzir, usando as fórmulas da energia
potencial elástica e da energia cinética, temos que:
(Equação II)𝑘𝑥
2
2 =
𝑚𝑣2
2
Onde k representa a constante elástica, x a deformação sofrida pela
mola, m a massa do objeto e v a velocidade.
Simplificando a Equação II multiplicando ambos os lados da igualdade
por 2, obtemos:
(Equação III)𝑘𝑥2 = 𝑚𝑣2
Isolando a velocidade na Equação III, obtém-se que a velocidade é
proporcional a deformação da mola e inversamente proporcional a massa do
objeto, como descrito abaixo:
(Equação IV)𝑣 = 𝑥 𝑘𝑚
Assim podemos concluir que a velocidade de um carrinho lançado por
uma mola será proporcional a deformação da mola, quanto maior a
compressão da mola, maior será a velocidade do carrinho, e quanto maior for a
carga dele menor será a velocidade.
Figura 1: Carrinho sendo lançado com a energia potencial elástica transformada em
energia cinética através da deformação da mola.
Para a velocidade do carrinho utiliza-se a equação da velocidade
descrita abaixo:
(Equação V)𝑣 = 𝑑𝑠𝑑𝑡
2. Objetivos
Neste experimento, buscamos demonstrar qualitativamente que o carro
do êmbolo depende de sua massa e da força de compressão inicial da mola no
êmbolo.
3. Procedimento experimental
3.1. Materiais utilizados
● Carrinho com mola e gatilho PASCO;
● Quatro Massas de carrinho PASCO de 250g cada;
● Cronômetro;
● Trilho graduado PASCO;
● Smartphone com APP Angle Meter;
● Clamp start end para o trilho.
3.2. Montagem e descrição experimental.
Para realizar esse experimento inicialmente nivelamos a pista, utilizando
os trilhos graduados, e instalamos os Clamps de início e fim de pista, medimos
a distância entre o início e fim da pista, gatilho da mola na posição de menor
deformação e realizamos 6 lançamentos utilizando o cronômetro para anotar o
tempo usado para o carrinho percorrer a pista, e através da Equação V,
calculamos a velocidade.
Posteriormente repetimos 6 lançamentos com o gatilho da mola
posicionado na segunda posição, anotando seus respectivos tempos, e
refazemos com a mola na última posição, anotando seus respectivos tempos.
Com os tempos para o carrinho sem carga adicional, faremos 6
lançamentos adicionando uma carga de 250 gramas, e anotamos os tempos de
cada lançamento, repete-se adicionando 250 gramas de carga até que
atinja-se a carga máxima de 1000 gramas.
4. Resultados
Abaixo encontra-se os resultados obtidos no cálculo referente a
velocidade com a deformação da mola, se observamos bem quanto mais
compressão a mola faz mais a velocidade aumenta:
O cálculo usado para a velocidade é: V= 0,99 (Distância)/Tempo(tempo
que o carrinho levou no disparo para a extremidade inicial a final)
. Velocidade v (m/s) Deformação x (cm)
T1 0,220 1,0
T2 0,500 2,0
T3 0,669 3,0
T3 250 0,569 3,0
T3 500 0,493 3,0
T3 750 0,436 3,0
T3 1000 0,401 3,0
Tabela 1: Percebe-se que nessa tabelas temos velocidades, a deformação da mola dividido em 7 tempos para calcular
a velocidade foi usado a fórmula v=Ds/Dt, conforme demonstra na tabela a afirmação que quanto maior a compressão
maior é a velocidade do carrinho porém quando aumenta-se a massa a velocidade diminui.
Abaixo temos um gráfico com a deformação da mola e a velocidade
média do carrinho, nota-se que a velocidade aumenta de forma quase linear,
com o aumento da compressão da mola:
Gráfico 1: Neste gráfico vemos a representação do aumento quase linear da velocidade, nota-se que com o aumento
da compressão da mola aumenta-se a velocidade.
Observamos no gráfico abaixo que quanto maior é a massa do carrinho
menor a velocidade que ele alcança mesmo com uma maior deformação,
vemos isso no gráfico abaixo:
Gráfico 2: Neste gráfico observamos que mesmo com uma deformação em 3cm quanto maior o peso colocado no
carrinho menor a velocidade, o gráfico fica hiperbólico.
Logo abaixo vemos o experimento em relação ao tempo conforme
demonstrado nas tabelas 2 e 3 onde é medido o tempo em virtude da
deformação da mola e da massa adicionada.
Tabela 2: Nesta tabela observamos que conforme o aumento da compressão da mola, menor é o tempo que o carrinho
leva pra chegar na extremidade final da pista.
Tabela 3: Nesta tabela observamos que conforme é adicionado mais carga ao carrinho maior é o tempo que o mesmo
leva pra chegar na sua extremidade final mesmo com uma compressão de 3cm da mola.
Por ser um experimento qualitativo, o cálculo das projeções de erros foram
desprezados.
5. Conclusões
Ao concluirmos o experimento percebemos que com o aumento da
compressão da mola a velocidade do carrinho também aumenta, como
demonstrado na tabela 1 e no gráfico 1. Assim como também notamos que a
velocidade do carrinho diminui com o aumento da massa, conforme
demonstramos nas tabelas 1 e gráfico 2.
Por ser um experimento qualitativo, os cálculos de incerteza e projeção de
incerteza não foram questionados e analisados.
6. Bibliografia
HELERBROCK, Rafael. Conservação da energia mecânica. Brasil Escola.
Disponível em:
<https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.
htm>. Acesso em 06 de maio de 2021.
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.htm
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.htm