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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA FÍSICA EXPERIMENTAL BÁSICA PRÁTICA 04 - MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO ALUNO: DOUGLAS LOPES DA SILVA MATRÍCULA: 508254 CURSO: ENGENHARIA DE ALIMENTOS TURMA: 01 PROFESSOR: MARCOS ANTONIO ARAUJO SILVA 2021.1 2 OBJETIVOS Determinar o deslocamento, a velocidade e a aceleração de um móvel com movimento retilíneo uniformemente variado. MATERIAL • Trilho de ar com eletroímã; • Cronômetro eletrônico digital; • Unidade geradora de fluxo de ar; • Carrinho com três pinos (pino preto, pino ferromagnético e um pino qualquer); Chave liga/desliga; • Cabos; • Fotossensor; • Prof. Nildo Loiola - MRUV. Plataforma Youtube. Ano de publicação 2017. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=leQoxdj1gSI. Acesso 15 de junho de 2021. INTRODUÇÃO Em nosso dia-a-dia é associado a ideia de que o movimento está em tudo e em constante mudança como uma atividade física, animação, velocidade de um carro e etc. Galileu Galilei, demonstrou que matematicamente que um movimento iniciado a partir do repouso, em que a velocidade experimenta a mesma alteração em intervalos de tempos iguais, denominando movimento retilíneo uniformemente variado (PEDUZZI, Luiz O.Q., MARTINS, Andre Ferrer, FERREIRA, Juliana Mesquita Hidalgo, 2012). O movimento retilíneo uniformemente variado existe quando um objeto se movimenta com uma velocidade variando constantemente em um período de espaço e tempo. Haja vista, que, um corpo se desloca em velocidades diferentes numa trajetória com uma variação da velocidade em um determinado período de tempo sendo associado a aceleração constante. Quando o corpo se movimenta em linha reta no sentido da trajetória, dizemos que a velocidade é positiva. Se o deslocamento é contrário ao sentido da trajetória, consideramos que a velocidade é negativa (LOPES, Karina, 2018). Já a aceleração escalar média mede a rapidez com a qual a velocidade escalar de um móvel vária. No entanto, o intervalo de tempo 3 ∆t em que ocorrerá uma variação tende a valores pequenos sua aceleração será escalar instantânea. Figura 01 – Formula da aceleração escalar média Fonte: https://www.fisicasinistra.com/aceleracao-media-exercicios-9-ano-3/. Acesso dia 15 de junho de 2021 Onde, a: Acelaração (m/s²) Δv – variação de velocidade (m/s) Δt – intervalo de tempo (s) A equação de Torricelli é utilizada quanto não temos o tempo (t). E o valor da velocidade no instante analisado, a velocidade inicial, a aceleração e o deslocamento (MACEDO, Marcos Antonio, 2011). Figura 02 – Formula de Torricelli Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/equacao-torricelli.htm#. Acesso dia 15 de junho de 2021 Onde, V: Velocidade final (m/s) 𝑉0: Velocidade inicial (m/s) a: Acelaração (m/s²) ∆s: Deslocamento (m) Figura 03 – Formula da função horaria da posição 4 Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/equacao-torricelli.htm#. Acesso dia 15 de junho de 2021 Onde, S: Posição final (m) 𝑠0: Posição inicial (m) 𝑉0: Velocidade inicial (m/s) t: Tempo (s) a: Acelaração (m/s²) Figura 04: Gráfico da equação de Torricelli Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/equacao-torricelli.htm#. Acesso dia 15 de junho de 2021 O gráfico acima mostra a velocidade de um corpo aumentando de forma constante em função do tempo. Isso indica que sua aceleração não varia e que esse movimento é uniformemente acelerado (HELERBROCK, Rafael, 2021). Os movimentos possuem algumas equações que ajuda nas grandezas relacionadas, 5 obtendo aceleração, velocidade e deslocamento de um corpo desprezando a força de atrito. Dada pelas seguintes formulas: 𝑥 = 𝑥0 + 𝑣0𝑡 + 1 2 𝑎𝑡2 (1) 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎𝑡 (2) 𝑣2 = 𝑣0² + 2𝑎 (𝑥 − 𝑥0) (3) Sendo 𝑥 𝑒 𝑥0 o deslocamento do corpo final e inicial respectivamente e 𝑣 𝑒 𝑣0 indicando a velocidade final e inicial respectivamente, 𝑡 é o tempo que o objeto se move e 𝑎 sua aceleração. PROCEDIMENTO De acordo com o material/vídeo disponibilizado pelo professor consegui realizar a tabela abaixo baseado pelo tempo e distância percorrida pelo carro na prática disponibilizada. Onde em um trilho de ar foi inclinado com um carrinho em posição inicial e foi cronometrado o tempo de acordo com cada distancia estabelecida. Tabela 1 - Resultados experimentais. # x (cm) Medidas de t (s) Média de t (s) Quadrado de t (s2) v = 2x/t (cm/s) a=∆v/∆t (cm/s2) 1 10 1,652 s 1,652 s 2,729 s2 2x10/1,652= 12,11cm/s 12,11/1,652= 7,331 cm/s2 1,652 s 1,652 s 2 20 2,353 s 2,353 s 5,537 s2 2x20/2,353= 17,00 cm/s 17,00/2,353= 7,225 cm/s2 2,353 s 2,353 s 3 30 2,794 s 2,794 s 7,806 s2 2x30/2,794= 21,47 cm/s 21,47/2,794= 7,684 cm/s2 2,794 s 2,794 s 6 4 50 3,592 s 3,592 s 12,902 s2 2x50/3,592= 27,84 cm/s 27,84/3,592= 7,751 cm/s2 3,592 s 3,592 s 5 70 4,328 s 4,328 s 18,732 s2 2x70/4,328= 32,35 cm/s 32,35/4,328= 7,475 cm/s2 4,328 s 4,328 s 6 100 5,218 s 5,218 s 27,228 s2 2x100/5,218= 38,33 cm/s 38,33/5,218= 7,346 cm/s2 5,218 s 5,218 s 7 150 6,253 s 6,253 s 39,10 s2 150x2/6,253= 48,00 cm/s 48/6,253= 7,676 cm/s2 6,253 s 6,253 s QUESTIONÁRIO 1- O que representa o coeficiente angular do gráfico “x contra t”? R: O coeficiente angular do gráfico representa a velocidade média do carrinho na prática realizada, baseada pela formula s- 𝑠0/t-𝑡0 2- O que representa o coeficiente angular do gráfico x contra t2? R: O gráfico x contra t representa uma parábola e o ∆𝑥 ∆𝑡 , aumenta de forma constante e a velocidade varia de forma uniforme com o tempo por aceleração constante 3- Trace o gráfico da velocidade em função do tempo com os dados da Tabela 1. 7 Fonte: Próprio Autor , 2021 4- Trace o gráfico da aceleração em função do tempo, para os dados obtidos da Tabela 1. Fonte: Próprio Autor, 2021 5- Determine a aceleração pelo gráfico x contra t2. 8 R: 𝑎 = ∆𝑣 ∆𝑡 𝑣 = 2𝑥 𝑡 𝑎 = 2𝑥 𝑡² 𝑎 = 2,150 6,253² 𝑎 = 300 39,10 𝑎 = 7,673 cm/s² 6- Determine a aceleração pelo gráfico v contra t. R: 𝑎 = ∆𝑣 ∆𝑡 𝑎 = 𝑉−𝑉0 𝑡−𝑡0 𝑎 = 48−0 6,253−0 𝑎 = 48 6,253 𝑎 = 7,676 cm/s² 7- A aceleração de um corpo descendo um plano inclinado sem atrito é a = g senθ. Compare o valor teórico da aceleração com o valor obtido experimentalmente. Comente os resultados. R: senθ = Altura / Comprimento 9 senθ = 1/150 senθ = 0,007 g: 9,8 cm/s² a = g senθ a = 980 x 0,007 a = 6,86 cm/s² erro percentual: 7,67 – 6,86 = 0,81 erro percentual: 0,81/7,67 = 0,1056 erro percentual: 0,1056 x 100 = 10,56% Obs.: A medida do valor teórico em relação ao valor experimental da aceleração teve a diferença de 0,81 cm/s ou um erro percentual de 10,56%. CONCLUSÃO A parti do experimento realizado, foi possível analisar melhor sobre o MRUV, por suas formular e cálculos obtendo-se as grandezas físicas de acordo com aceleração em função do tempo e a posição delimitada do objeto a ser estudado e os gráficos. E a prática disponibilizada auxiliou nos casos analisados com a aceleração constante para cada variação no intervalo de tempoproposto. E todo resultado obtido foi calculado e inserido na tabela de acordo a media, velocidade e aceleração do experimento. Contudo, à possibilidade aos erros devido aos cálculos dos movimentos e suas variáveis, sendo passivo ao erro devido aos resultados baseado pelo cálculo obtido e arredondamento dos números significativo, porém, não foram erro tão distante da realidade, tendo como fator o desprezo da influência de fatores externos como o mínimo atrito e a resistência do ar. 10 REFERÊNCIAS HELERBROCK, Rafael. Equação de Torricelli; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/equacao-torricelli.htm. Acesso em 15 de junho de 2021. LOPES, Karina. Tudo para você revisar o movimento uniformemente variado (MUV). São Paulo, 2012. Disponivel em: https://geekiegames.geekie.com.br/blog/muv-movimento- uniformemente-variado-resumo/. Acesso em: 15 de junho de 2021. MACEDO, Marcos Antonio. A equação de Torricelli e o estudo do movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV). Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 32, n. 4, 2010. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbef/a/rqDgySvf3pyWkFSzdTdNTGw/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 15 de junho de 2021. PEDUZZI, Luiz O.Q., MARTINS, Andre Ferrer, FERREIRA, Juliana Mesquita Hidalgo. Temas de História e Filosofia da Ciência no Ensino. Natal/RN: Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2012. Disponível em: https://ppgect.ufsc.br/files/2012/11/Temas-de- Historia-e-Filosofia-da-Ciencia-no-Ensino1.pdf. Acesso em: 15 de junho de 2021
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