Disciplina: Física 2 Turma: 2013.2 Professor: Bruno Data: Tema da

CÂMPUS: Rio do Sul
LABORATÓRIO DE PRÁTICAS PEDAGÓGICAS
RELATÓRIO DE ATIVIDADE
Curso: Licenciatura em Física
Disciplina: Física 2
Turma: 2013.2
Professor: Bruno
Data:
Tema da aula: Dinâmica
Conteúdos relacionados: Leis de Newton, aplicações da 2ª lei de Newton
Objetivos:


Relacionar força e aceleração como grandezas diretamente proporcionais.
Aplicar a 2ª Lei de Newton em situações reais através de medidas de aceleração e força
Metodologia utilizada/descrição das atividades (anexar modelos):
Em anexo.
Avaliação/autoavaliação:
A atividade funcionou como esperado e os alunos tiveram bom desempenho, porém devido ao reduzido número de
equipamentos os alunos precisaram formar grupos maiores do que seria o ideal.
Anexos:
Abaixo
Bibliografia sugerida: Física 1 (Halliday, Resnick) 4ªed.
Curso – Física-Licenciatura
Disciplina – Física II – Mecânica (2ª fase)
Professores – Otávio Bocheco e Bruno Leal Dias
Semestre
2013-2
07/11/2013
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Aplicações da 2ª Lei de Newton
Material:

Trilho de ar, carrinho, massas acopláveis, gancho lastro, roldana, sensores fotoelétricos, cronômetro multifuncional, transferidor.
1 – OBJETIVOS:

Relacionar força e aceleração como grandezas diretamente proporcionais.

Aplicar a 2ª Lei de Newton em situações reais através de medidas de aceleração e força.
2 – INTRODUÇÃO TEÓRICA
Se
isto é
é a resultante das forças que agem em uma partícula,esta adquire uma aceleração
de mesma orientação de ,
tem a mesma direção e o mesmo sentido de .
Se aumentarmos a intensidade de
proporcional no módulo de
, o que ocorrerá? Verifica-se que esse aumento provoca aumento diretamente
. A partícula experimenta variações de velocidade cada vez maiores, para um mesmo
intervalo de tempo. Considere o exemplo esquematizado abaixo, em que uma partícula é submetida, sucessivamente, à
ação das forças resultantes
as acelerações
,
e
,
e
. Consequentemente, como já dissemos, a partícula irá adquirir, respectivamente,
.
Figura 1 – Objeto de massa
Assim, se
, devemos ter
submetido a forças de diferentes intensidades.
. Lembrando que o módulo da aceleração é diretamente proporcional
à intensidade da força, podemos escrever:
Onde
é a constante de proporcionalidade.
A constante
está relacionada à dificuldade de se produzir na partícula determinada aceleração, isto é, refere-se à
medida da inércia da partícula. Essa constante denomina-se massa da partícula e é simbolizada por
Ou de forma genérica:
Escrevendo essa expressão na forma vetorial, temos:
. Daí segue que
Tendo em vista o que foi exposto até aqui, cabe ao Princípio Fundamental da Dinâmica o seguinte enunciado:
‘’Se
é a resultante das forças que agem em uma partícula, então, em conseqüência de , a partícula adquire na
mesma direção e no mesmo sentido da força uma aceleração , cujo módulo é diretamente proporcional à intensidade
da força’’
Outra idéia útil para este experimento que relembraremos a seguir é o cálculo da velocidade média referente a um
determinado intervalo de tempo de um móvel submetido a uma força constante, e consequentemente, a uma aceleração
constante. Considere um objeto que está se movendo de acordo com o gráfico abaixo.
Figura 2 – Gráfico da velocidade em função do tempo para um móvel submetido à força e aceleração constantes.
Observando o gráfico acima, podemos concluir que a velocidade média durante o intervalo de tempo
é igual a média
aritmética entre os valores inicial e final da velocidade nesse intervalo. Para este intervalo, podemos escrever:
Se em
o móvel partisse do repouso, ou seja,
posterior medindo o intervalo de tempo
medidas temos a velocidade média
E substituindo o valor de
na
e a distância
, poderíamos descobrir a sua velocidade
num instante
que o móvel percorreu durante o intervalo. Com essas duas
, lembrando que:
, podemos encontrar finalmente o valor de
. Com os valores de
e
já determinados, podemos calcular a aceleração do móvel através da equação abaixo:
Para determinar indiretamente a massa do móvel, que é um dos objetivos desse experimento, precisamos conhecer o
módulo da força
aplicada ao móvel durante esse intervalo, suposta constante.
Nesta atividade mediremos indiretamente a massa de um carrinho e o ângulo de inclinação de um plano inclinado
através de duas aplicações da 2ª Lei de Newton ilustradas a seguir:
APLICAÇÃO 1 – CARRINHO SENDO PUXADO POR UMA FORÇA CONSTANTE
Figura 3 – Sistema de dois blocos ligados por um fio.
Aplicando a 2ª Lei de Newton a este sistema teremos:
Medindo-se a massa
, a aceleração do carrinho e utilizando o valor de
, pode-se calcular a massa
do
carrinho sem realizar medida direta da mesma. Este é o procedimento que será realizado nesta atividade. Ou medindose as massas, poderíamos calcular teoricamente o valor de .
APLICAÇÃO 2 – CARRINHO DESCENDO PLANO INCLINADO
Figura 4 – Bloco descendo um plano inclinado
Medindo-se a aceleração
do carrinho e utilizando o valor tabelado de , podemos determinar indiretamente calculando
o ângulo . Este é o procedimento que será realizado nesta atividade. Ou medindo-se
poderíamos calcular o valor de
.
3 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
APLICAÇÃO 1
i.
Meça a massa
do gancho lastro utilizando a balança. Anote o peso correspondente a este valor abaixo.
ii.
Com uma trena, meça a distância entre os sensores fotoelétricos. Anote o valor encontrado abaixo.
iii.
Conecte o gancho ao barbante que passa pela polia. Utilize fita adesiva se for necessário.
iv.
Coloque o anteparo no carrinho.
v.
Coloque
vi.
Ligue o cronômetro multifuncional. Escolha o idioma português e em seguida escolha a função ‘’ ou
Lembrando que
massas acopláveis de
res’’. Em seguida escolha a opção
no carrinho.
senso-
sensores. Aparecerá uma mensagem perguntando se você deseja inserir
a distância entre os sensores, escolha a opção não. O cronômetro estará pronto para o início do experimento
vii.
Acione o gerador de fluxo de ar e em seguida posicione o carrinho em cima do trilho de forma que o anteparo
viii.
Solte o carrinho subitamente, o cronômetro iniciará sua contagem assim que o feixe de laser do primeiro cro-
esteja imediatamente antes do primeiro sensor. Conecte o carrinho à outra extremidade do barbante.
nômetro for interrompido e cessará quando o segundo feixe for interrompido. Anote o valor do intervalo de
tempo na tabela abaixo.
ix.
Acrescente uma massa acoplável de aproximadamente
crito anteriormente.
de peso ao gancho. Repita o procedimento des-
x.
Acrescente uma massa acoplável a cada medida até preencher completamente a tabela de dados. Para cada
configuração, faça pelo menos 5 medidas.
xi.
Meça diretamente a massa do carrinho utilizando a balança para posteriores efeitos de comparação.
OBS: Para o cálculo da aceleração
utilize os valores médios de
e consulte as
se necessário.
Tabela 1 – Medidas referentes à aplicação 1 da 2ª Lei de Newton.
APLICAÇÃO 2
i.
ii.
iii.
iv.
v.
vi.
Nesta segunda aplicação o barbante e os ganchos não serão utilizados, portanto, retire-os com cuidado e os
coloque sobre a bancada em local seguro.
Com a ajuda de um bloco de madeira incline o plano de um ângulo entre e
. Com um transferidor, meça e
anote esse ângulo abaixo.
Mantenha as massas acopláveis de
no carrinho.
Ligue o cronômetro multifuncional. Selecione a mesma configuração descrita anteriormente no item vi da aplicação 1.
Acione o gerador de fluxo de ar e em seguida posicione o carrinho em cima do trilho de forma que o anteparo
esteja imediatamente antes do primeiro sensor.
Solte subitamente o carrinho e anote o intervalo de tempo decorrido. Repita o procedimento até preencher a
tabela.
Tabela 2 – Medidas referentes à aplicação 2 da 2ª Lei de Newton.
4 – QUESTIONÁRIO
4.1 – Utilizando os dados da
, faça o gráfico
4.2 – Obtenha o valor da massa do carrinho
versus
em uma folha de papel milimetrado.
através da aplicação na
das coordenadas de um ponto do
gráfico escolhido arbitrariamente.
4.3 – Compare o valor encontrado na questão anterior com o valor medido pela balança. Para isso, utilize a seguinte
equação:
onde
é o valor medido pela balança e
4.4 – Utilizando os dados da
é o valor calculado a partir do gráfico.
, calcule o ângulo de inclinação
substituindo o valor médio de
na
.
4.5 – Compare o valor do ângulo de inclinação calculado na questão anterior com o valor medido diretamente com o
transferidor. Utilize para este propósito a mesma equação apresentada na questão 3.3.