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Introdução Um pêndulo é um sistema composto por uma massa acoplada a um pivô que permite sua movimentação livremente. A massa fica sujeita à força restauradora causada pela gravidade. Existem inúmeros pêndulos estudados por físicos e utilizado por engenheiros, já que estes descrevem-no como um objeto de fácil previsão de movimentos e que possibilitou inúmeros avanços tecnológicos, mas o modelo mais simples, e que tem maior utilização é o Pêndulo Simples. O movimento do pêndulo simples pode se constituir num exemplo de movimento harmônico simples desde que o movimento seja restrito a pequenas oscilações, ou seja, o ângulo de abertura do pêndulo, amplitude, é muito pequeno. Este experimento será realizado considerando está restrição, isto é, o ângulo máximo que o fio pode formar com a vertical deve ser menor que 10o. Iremos testar está restrição verificando a relação existente entre o período pendular e a amplitude do pêndulo. Também fará parte deste experimento a verificação da relação entre o período do pêndulo e sua massa pendular e a relação entre o período e o comprimento pendular. Objetivo Obter experimentalmente a expressão que relaciona as grandezas físicas presentes no movimento de um pêndulo simples. Verificar a relação entre o período e a massa pendular (lei das massas). Verificar a relação entre o período e a amplitude. Verificar relação entre o período e o comprimento pendular. Determinar experimentalmente o valor da aceleração da gravidade local. Criar um mapa de aceleração da gravidade com várias localidades no Brasil. Material Utilizado 1 m de fio resistente, fino e leve, pode ser fio de soltar pipa, fio de costura, linha de pesca, etc. 150 gramas de chumbada de pescaria que permitam a combinação das massas, 50 g, 100 g e 150 g, podem ser 3 chumbadas de 50 g ou 1 chumbada de 100 g e 1 de 50 g. As chumbadas podem ser substituídas por qualquer massa que seja aferida permitindo os valores de 50 g, 100 g e 150 g. 1 transferidor. 1 suporte com sistema de fixação, o suporte pode ser uma cadeira, uma mesa, o vão de uma porta, etc. e o sistema de fixação pode ser um pequeno prego, um alfinete, uma tachinha, etc. 1 cronometro, pode ser o cronometro do aparelho celular. Pêndulo Simples Disciplina: Física Termodinâmica e Ondas Professor: Cristiano Cancela da Cruz Curso: Engenharia EAD Chama no whats (47) 9.9925-5915 ROTEIRO EXPERIMENTAL Parte I - Relação entre o Período e a Massa Pendular (Lei Das Massas) 1. Montar o pêndulo simples conforme a figura 1, use uma massa pendular de 50 g, com um fio de comprimento L = 0,75 m. O comprimento L é medido do ponto de fixação até o centro de massa do corpo pendular. Faça um pequeno furo na posição zero do transferidor para fixa-lo. Figura 1 – Montagem do pêndulo simples 2. Deslocar a massa pendular da posição de equilíbrio de um ângulo menor que 10º. 3. Liberar a massa e medir o tempo de duração de 10 oscilações completas. 4. Anotar na tabela 1 o tempo de duração de uma oscilação, este valor é o período do pêndulo T. 5. Substitua a massa de 50 g trocando pela massa de 100 g e depois de 150 g, repetindo os procedimentos para determinar o período de oscilação, completando a tabela abaixo. Comprimento Pendular L (m) Massa pendular m (kg) Tempo de 10 oscilações 10.T (s) Período T (s) 0,75 0,050 0,75 0,100 0,75 0,150 Tabela 1 – Relação entre o período e a massa pendular Parte II - Relação entre o período e a amplitude 1. Montar o pêndulo simples, conforme mostra a figura 1. 2. Usar um fio com comprimento pendular de aproximadamente L = 0,75 m. O comprimento L é medido do ponto de fixação até o centro de massa do corpo pendular. 3. Afastar a massa pendular da posição de equilíbrio em aproximadamente 10o e liberar a massa medindo o tempo de 10 oscilações completas. Figura 2 – Amplitude 10o 4. Repetir por três vezes a tomada de tempo para essa amplitude e anotar o valor médio dos períodos apresentados pelo cronômetro na tabela 2. 5. Variar a amplitude para os valores sugeridos na tabela 2 e repetir os procedimentos de obtenção do período. Amplitude A Tempo de 10 oscilações Período T (s) T1 T2 T3 10o 30o 60o Tabela 2 – Relação entre o período e a amplitude Parte III - Relação entre o período e o comprimento pendular 1. Utilizar a mesma montagem da figura 1 com o comprimento pendular de aproximadamente 0,75 m. lembre-se que o comprimento L é medido do ponto de suspensão até o centro de massa do corpo pendular. 2. Afastar a massa pendular da posição de equilíbrio em aproximadamente 10º. 3. Liberar a massa pendular e medir o tempo de 10 oscilações completas. Repetir por três vezes a tomada de tempo para esse comprimento pendular e anotar o valor médio dos períodos apresentados pelo cronômetro na tabela. 4. Repetir os procedimentos de medida do período para os comprimentos sugeridos na tabela. * A precisão da medida do comprimento do fio é muito importante! Comprimento Pendular L (m) Tempo de 10 oscilações 10T (s) Período T (s) Aceleração da gravidade local g (m/s2) 10T1 10T2 10T3 10Tmédio 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 Valor aceleração gravidademédio: Tabela 3 – Relação entre o período e o comprimento pendular Análise dos Resultados e Conclusões Parte I 1. Dentro da tolerância adotada de 5% é possível afirmar que o período permanece constante? 2. O que se pode concluir a respeito da dependência entre o período de oscilação e a massa oscilante? 3. Qual a restrição a ser feita com relação à conclusão anterior? Parte II 1. Adotando-se uma tolerância de 5% de erro o período permaneceu constante? 2. O que se pode concluir a respeito da dependência entre o período de oscilação e a amplitude do movimento. 3. Qual a restrição a ser feita com relação à conclusão anterior? 4. Como pode ser enunciada a Lei do Isocronismo (dependência entre período e amplitude)? Parte III 1. Construir o gráfico do período T versus o comprimento do fio L, utilizando os recursos do Word ou Excel. 2. Qual o aspecto da curva apresentada pelo gráfico? Qual a equação que representa essa curva? 3. Realizar a mudança de variável elevando o período T2 e construir o gráfico T2 versus o comprimento do fio L para linearizar o gráfico. 4. Usar os recursos do Word ou Excel e obter a equação que corresponde ao gráfico linearizado. 5. A teoria estabelece que o período e o comprimento pendular são relacionados pela expressão: Comparar as duas equações e obter a aceleração da gravidade local. 6. Acessar o link: https://padlet.com/criscruz1972/76ou7t7lcqcs9xp2 clique no ícone + Depois digite o endereço onde o experimento foi realizado No quadro aberto, digite o valor da aceleração da gravidade calculada. 7. Com base nos resultados experimentais (para pequenas oscilações) o que se conclui a respeito da dependência entre: a) Período e Amplitude? b) Período e Massa Pendular? c) Período e comprimento pendular? 8. O período de um pêndulo simples depende do local onde se realiza o experimento? Justificar.
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