6º Trabalho Prático – Física I Movimento de um Projétil I - Introdução O vetor velocidade média de uma partícula é a razão entre o vetor deslocamento r e o intervalo de tempo t necessário para este deslocamento. y Vm r r (7.1) r0 t r x Definimos o vetor velocidade instantânea como o limite do vetor velocidade média quando o intervalo de tempo tende para zero. r dr t dt v lim t 0 (7.2) Vetor aceleração média é definido como a razão entre a variação do vetor velocidade v instantânea e o intervalo de tempo t. v aM t y v1 (7.3) v2 x O vetor aceleração instantânea é definido como limite do vetor aceleração média quando o intervalo de tempo tende para zero. v dv a (t ) lim t dt t (7.4) 0 Um caso importante do movimento em duas dimensões ocorre quando a aceleração permanece constante. Um exemplo deste tipo de movimento é um projétil nas proximidades da superfície da terra caso se possa desprezar a resistência do ar. Neste caso podemos determinar o vetor velocidade instantânea v e o vetor posição r a partir das equações. 10 V V0 at (7.5) 1 r r0 v 0 t at 2 2 (7.6) y y ½ at2 ½ ayt2 a yt Vy y V0y V0 V V0x axt v0t v0yt y0 r0 x Vx x0 v0xt ½ axt2 x x As componentes x e y das equações (7.5) e (7.6) são Vx = V0x + axt X = X0 V0xt + ½ axt (7.7) Vy = V0y + ayt Y = Y0 V0yt + ½ ayt (7.8) Podemos aplicar estes resultados ao movimento de um projétil. Desprezando a resistência do ar a aceleração do projétil é aceleração da gravidade g . A aceleração da gravidade próxima à superfície da terra é aproximadamente igual a 9,8 m/s2 e verticalmente para baixo. Logo a aceleração do projétil ax = 0 e ay = -g. Temos: Vx = V0x = V0 cos (7.9) X = X0 + Voxt = X0 + (V0 cos ) .t Vy = V0y - gt = (V0 sen) - gt Y = Y0 + V0yt - ½ gt2 (7.10) = Y0 + (V0 sen ).t - ½ gt2 Vamos estudar uma situação onde X0 = 0 e = 0. Neste caso as componentes X e Y poderão ser escritas como: 11 x v0t (7.11) 1 y y 0 gt 2 (7.12) 2 gx 2 y y0 (7.13) 2 v 02 O alcance R do projétil poderá ser obtido a partir da equação (7.13), Fazendo Y = 0 R v0 2y 0 g (7.14) II - Desenvolvimento O objetivo deste trabalho é comparar as características dos movimentos ao longo dos dois eixos, ou seja, verificar se o movimento do projétil é descrito pelas equações (7.7) e (7.8). Você dispõe em sua mesa de uma montagem que consiste se uma rampa inclinada e um anteparo. A rampa foi montada de modo que uma bolinha abandonada a uma altura h em relação à mesa, deixa a rampa com velocidade horizontal Vo. Variando a distância, X, do anteparo à base da rampa, meça o tempo de movimento de bolinha, a partir do momento em que deixa a rampa até chocar com o anteparo. Anote também os valores da coordenada Y do ponto em que a bolinha atinge o anteparo. Resolva as questões seguintes: 1. Construa os gráficos X x t, Y x t, Y x X. 2. Use a regressão linear para encontrar a velocidade inicial da bolinha. 3. Os gráficos obtidos estão de acordo com as equações (7.11), (7.12) e (7.13) ? Quais as fontes de erro ? 4. Usando a equação (7.14) determine a aceleração da gravidade. 12