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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
Índice
Objetivo ............................................................................................................................ 3
Introdução ......................................................................................................................... 3
Materiais ........................................................................................................................... 5
Procedimento .................................................................................................................... 5
Resultados/tratamento de resultados ................................................................................ 6
Conclusão ....................................................................................................................... 10
Bibliografia ..................................................................................................................... 11
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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
Objetivo
Verificar com base na realização e análise do movimento de um corpo, a lei da
inercia e a segunda lei de Newton.
A questão problema desta APL é: “Dois alunos discutem: um diz que é preciso
aplicar constantemente uma força a um corpo para que este se mantenha em
movimento; o outro afirma que a resultante de forças que atuam sobre um corpo pode
ser nula e continuar em movimento. Quem tem razão?”
Introdução
No século IV A.C – Aristóteles formulou uma teoria que foi aceite até a época
do renascimento (século XVII), onde se acreditava que:
“Um corpo só pode permanecer em movimento se existir uma força atuando
sobre ele”.
Só que Galileu mostrou que tal teoria era errada, fazendo experiências mais
rigorosos e mais precisas. Chegou à conclusão que Aristóteles não tinha considerado o
atrito sofrido pelo corpo, desta forma refez a teoria que sinteticamente dizia que:
“Se um corpo está em repouso ele irá permanecer neste estado até que uma
força externa seja aplicada nele”
“Se um corpo está em movimento uniforme, este permanecerá em movimento até
que uma força contrarie isso”.
Muitos anos mais tarde Newton ao formular sua teoria sobre as Leis da
Mecânica, anunciou sua primeira lei, conhecida como a Lei da Inércia, que baseada nas
conclusões de Galileu, dizia:
- Por inércia, um corpo em repouso tende a continuar em repouso (Ex: por isso
quando uma pessoa está em pé dentro de um autocarro e este acelera bruscamente, esta
pessoa é projetada para trás, pois tende a permanecer parada).
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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
- Por inércia, um corpo em movimento tende a continuar em movimento (ex: um
motar é arremessado da sua moto quando para repentinamente, pois o motar permanece
em movimento).
As três leis de Newton são a base da mecânica clássica, com estas é possível
estudar o movimento de tudo o que nos rodeia, desde uma simples pedra projetada até
ao movimento dos astros.
Nesta atividade prática podemos confirmar a primeira e a segunda lei Newton.
A primeira lei de Newton ou a lei da inércia explica que todos os corpos se
mantêm em repouso ou em movimento uniforme retilíneo, se as forças que nele atuam
se equilibram.
"Um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em
movimento tende a permanecer em movimento."
Então, conclui-se que um corpo só altera seu estado de inércia, se alguém, ou
alguma coisa aplicar nele uma força resultante diferente de zero.
A segunda lei Newton ou lei fundamental da dinâmica explica que se a
resultante das forças atuadas num corpo não forem nulas, este sofrerá a ação de uma
aceleração inversamente proporcional à sua massa.
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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
Materiais
Carrinho
Roldana
Peso
Fio
Sensor de movimento
Balança
Procedimento
1. Efetuar a montagem experimental (como se pode ver no esquema abaixo).
2. Prever o movimento durante todo o
percurso na horizontal.
Esboçar a trajetória e representar
vetorialmente, em diferentes pontos,
as forças aplicadas no carrinho.
3. Medir o comprimento do percurso do
carrinho e do fio de ligação.
Fig. 1 – Esquema de montagem
Determinar a massa do carrinho e a do corpo que cai na vertical.
4. Realizar a experiência, registando os dados necessários:
- Representar o gráfico v=f(t)
- Representar o gráfico a=f(t)
- Assinalar, no esquema da trajetória, os pontos considerados relevantes, com
base nos resultados da experiência
- Caracterizar o movimento do carrinho em toda a sua trajetória no plano
horizontal
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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
Resultados/tratamento de resultados
Esboço da trajetória:
Fig. 2 – Corpo em repouso
antes da aplicação da força
Fig. 4 – Corpo em movimente
após cessar a força aplicada
Fig. 3 – Corpo em movimento
Fig. 5 – Corpo em repouso
depois da aplicação da força
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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
Massa do corpo: 247,7g
Massa do carrinho mais sensor: 1565g
Comprimento do percurso: 120cm
Comprimento do fio: 138cm
Altura da mesa: 64cm
Tabela 1 – Registo dos dados experimentais
t(s)
v(m.s-1)
0,2
0,3
0,5
0,76
0,86
1
1,16
1,22
1,3
1,42
1,56
1,7
1,82
1,94
2,04
2,14
2,26
2,32
0,004
0,022
0,257
0,457
0,534
0,636
0,756
0,8
0,844
0,783
0,725
0,645
0,596
0,517
0,487
0,446
0,381
0,344
Tempo
médio (s)
∆ tempo (s)
∆
velocidade
(m.s-1)
aceleração
(m.s-2)
0,25
0,4
0,63
0,81
0,93
1,08
1,19
1,26
1,36
1,49
1,63
1,76
1,88
1,99
2,09
2,2
2,29
0,10
0,20
0,26
0,10
0,14
0,16
0,06
0,08
0,12
0,14
0,14
0,12
0,12
0,10
0,10
0,12
0,06
0,018
0,235
0,2
0,077
0,102
0,12
0,044
0,044
-0,061
-0,058
-0,08
-0,049
-0,079
-0,03
-0,041
-0,065
-0,037
0,18
1,18
0,77
0,77
0,73
0,75
0,73
0,55
-0,51
-0,41
-0,57
-0,41
-0,66
-0,30
-0,41
-0,54
-0,62
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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
Gráfico 1 - v = f(t)
Gráfico 2 - a = f(t)
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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
Tabela 2 – Caracterização do movimento
do carrinho ao longo da trajetória no plano
horizontal
Tempo (s)
Movimento do
carrinho
Aceleração
média (m.s-2)
0
Em repouso
0
0 - 1,3
Movimento
retilíneo
uniformemente
acelerado
0,75
1,3 - 2,32
Movimento
retilíneo
uniformemente
retardado
-0,48
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se mova?
Conclusão
Com base nos resultados da experiência podemos inferir que o efeito do atrito é
significativo, já que após ter cessado a força aplicada ao carrinho (aos 1,3 segundos) a
velocidade deste não se manteve constante (como previsto pela primeira lei de Newton)
mas iniciou um movimento retilíneo uniformemente retardado.
Respondendo à questão problema inicial podemos dizer:
 Na situação de existir atrito tem razão o aluno que diz que é preciso
aplicar constantemente uma força a um corpo para que este se mantenha
em movimento, já que se não for aplicada essa força o atrito acaba por
anular a velocidade inicial, tal como aconteceu na nossa experiência.
 Na situação de não existir atrito teria razão o aluno que diz que a
resultante de forças que atuam sobre um corpo pode ser nula e continuar
em movimento. Na nossa experiência, aos 1,3 segundos quando cessou a
força aplicada pelo peso o carrinho continua em movimento, no entanto
a sua velocidade não se manteve constante porque havia atrito.
Caso o atrito fosse desprezável na nossa situação experimental verificaríamos
que o movimento em estudo estaria a contrariar a lei da inercia, já que as forças
resultantes seriam nulas (aos 1,3 segundos – quando o peso chega ao chão) e no entanto
o corpo não teria mantido o movimente retilíneo uniforme.
Os resultados da experiência confirmam as teorias de Galileu e Newton que
consideram que se não forem aplicadas forças a um corpo este manterá o seu estado
inicial de movimentou ou de repouso, contrariamente às teorias de Aristóteles que
considerava que quando cessa uma força o corpo fica em repouso. Se Aristóteles tivesse
razão quando a força exercida pelo peso no carrinho cessou este teria parado
instantaneamente. Em vez de entrar em movimento uniformemente retardado devido à
força do atrito que se fez notar até anular a velocidade obtida pela ação do peso.
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CFQ – Será necessário uma força para que um corpo
se mova?
Bibliografia
Ontem e Hoje – Fisica e Quimica A – Fisica - 11º ano; Helena Caldeira,
Adelaide Bello, Porto Editora, lda.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Primeira_Lei_de_Newton
http://student.dei.uc.pt/~jpgg/Lei_de_Newton.htm
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/leisdenewton.
php
http://pt.wikipedia.org/wiki/Segunda_Lei_de_Newton
http://www.infoescola.com/fisica/1a-lei-de-newton-lei-da-inercia/
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