Moitão, força elástica, plano inclinado e lentes (3ª. atividade/2ª.série do EM) Turma: ______________ ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ Integrantes ___________________________________________ ___________________________________________ --x-Experimento 1: Moitão Objetivo: Evidenciar que, por conta da utilização de um moitão (talha), a intensidade da força necessária para que ergamos certo objeto torna-se menor. Material utilizado: 2 corpos metálicos de massas m1 = 200 g e m2 = 500 g; 1 roldana; 2 moitões; 1 pedaço de barbante (ou linha 10); 1 apoio de madeira, de massa m, para a elevação dos corpos metálicos; 1 suporte em “L” atrelado a uma base. Montagem e procedimento: Prenda a roldana no suporte em L. Passe o fio por tal roldana (fixa) e, em uma das extremidades do mesmo, acople o apoio de madeira. Coloque os corpos metálicos sobre o apoio de madeira. Pela outra extremidade do fio, eleve o conjunto “apoio de madeira + corpos metálicos”. Execute o mesmo procedimento, contudo, desta vez, ao invés da roldana fixa, utilize um dos moitões. Por último, faça o mesmo utilizando o outro moitão. Moitão 1 Moitão 2 (Questão 1) Determine as intensidades das forças ⃗F e ⃗⃗⃗ Fʼ. Comparando tais intensidades, para que seja elevada uma carga qualquer, é preferível a utilização do moitão 1 ou do moitão 2? Leve em conta a intensidade da força necessária para a realização da tarefa. Experimento 2: O dinamômetro e a Lei de Hooke Introdução: ⃗⃗⃗⃗𝐞𝐥 ): Força elástica (𝐅 1º.) Temos que considerá-la em problemas envolvendo molas ou elásticos atrelados a outros corpos (sistemas ditos elásticos). 2º.) Intensidade da força elástica: Fel = k . x (lei de Hooke); onde “k” é a constante elástica característica da mola e “x” a deformação da mesma quando comprimida ou distendida. (*) Por meio da deformação de uma mola, podemos medir o peso de um corpo ou a intensidade de uma força qualquer. Para isso, utilizamos o chamado dinamômetro. (*) Através da ⃗⃗⃗⃗⃗ Fel , um sistema elástico busca restabelecer sua condição natural (relaxada). Trata-se, portanto, de uma força restauradora. ⃗⃗⃗⃗⃗el varia de acordo com a (*) O módulo da F deformação x, de modo que: Fel α x. 3º.) Assim como fazemos nos pedaços de fios ⃗, esticados com a tração T marcamos a ⃗⃗⃗⃗⃗ Fel ( ) nas extremidades da mola deformada (comprimida ou distendida); a mola, se distendida, puxa os corpos atrelados a suas extremidades “para dentro”; se comprimida, empurra-os “para fora de seu centro”. Objetivo: Determinar a constante elástica da mola componente de certo dinamômetro. Material utilizado: 1 dinamômetro; 1 corpo de metal; 1 balança digital. Montagem e procedimento: Mantenha suspenso o dinamômetro, imóvel e em posição vertical. Determine, com o auxílio da balança, a massa do corpo de metal. Pendure o corpo em questão na extremidade livre do dinamômetro. A mola que o compõe certamente distender-se-á. (Questão 2) Determine a intensidade da força elástica à qual encontra-se sujeito o corpo de metal pendurado. (Questão 3) Encontre a constante elástica da mola que compõe o dinamômetro. Experimento 3: Plano inclinado Objetivo: Demonstrar como a intensidade da componente do peso paralela ao plano inclinado varia de acordo com o ângulo que o plano faz com as direções horizontal e vertical. Material utilizado: 1 dinamômetro; 1 carrinho com pino perpendicular; 3 corpos de massas diferentes (50 g, 100 g e 200 g); 1 plano inclinado com transferidor acoplado; 1 suporte vertical com “braço” horizontal. Montagem e procedimento: Determine a massa do carrinho. Posicione o plano inclinado: I. sobre uma superfície plana e horizontal; II. de modo que o transferidor acoplado ao mesmo aponte um ângulo de 30° (ângulo, portanto, entre o plano e a horizontal). Disponha o dinamômetro como mostra a figura ao lado. A deformação da mola (x) componente do dinamômetro deve ocorrer paralelamente ao plano. Acople o carrinho à extremidade livre do dinamômetro. (Questão 4) Determine o valor da constante elástica da mola componente do dinamômetro. (Tarefa 1) Adicione os 3 corpos ao pino do carrinho, perpendicular ao plano inclinado, um de cada vez. Determine a intensidade da componente do peso paralela ao plano inclinado para os seguintes casos: Carrinho + corpo com 50 g. Carrinho + corpo com 100 g. Carrinho + corpo com 200 g. (Tarefa 2) Varie o ângulo de inclinação da rampa (ex.: 45° ou 60°) e repita a tarefa 1. O que ocorreu com a intensidade de tal componente do peso, paralela ao plano inclinado? Experimento 4: PET condutora de luz Objetivo: Determinar o fenômeno apresentado, diante daquilo que fora discutido em sala de aula. Material utilizado: 1 garrafa PET com água; 1 laser. Montagem e procedimento: Faça um pequeno furo na lateral da garrafa PET. Coloque água na garrafa e deixe-a jorrar pelo orifício feito previamente. Mire o laser na direção e sentido da velocidade de lançamento (escoamento) da água ao deixar a garrafa. (Questão 5) Qual fenômeno óptico pôde ser observado ao longo do procedimento experimental empreendido? Diga o principal que lhe vem à mente. (Questão 6) Que condições precisam ser satisfeitas para que ocorra o fenômeno em questão? Experimento 5: Imagens projetadas mediante uso de uma lente delgada1 convergente Objetivo: Observar o comportamento da imagem projetada no anteparo mediante uso de uma lente biconvexa. Material utilizado: 1 lente delgada convergente; 1 vela (ou outra fonte de luz branca); 1 bancada horizontal; 1 anteparo; 1 caixa de fósforos. Montagem e procedimento: Alinhe a vela, a lente convergente e o anteparo, de modo que os mesmos permaneçam dispostos a uma mesma altura. Acenda a vela e mantenha escurecido o ambiente no qual está sendo realizado o experimento. Ajuste a distância entre tais elementos, de modo que a imagem projetada do objeto fique nítida. Uma lente delgada é aquela que tem espessura desprezível se comparada com seu raio de curvatura. 1 (Tarefa 3) Determine a distância focal da lupa (lente convergente, especificamente, biconvexa) utilizada no presente experimento. (*) Para determinar a distância focal da lupa, faça incidir na mesma um feixe de raios paralelos (utilize a fonte luminosa do experimento 6). Ajuste a lente de modo que obtenha-se no anteparo a imagem nítida de um pequeno ponto. Trata-se da imagem formada pela convergência dos raios luminosos oriundos da fonte luminosa sobre o chamado foco principal F’. A distância de F’ até a lente é exatamente a distância focal (f). Experimento 6: Determinando as características da(s) imagem(ns) formada(s) mediante utilização de óculos Objetivo: Determinar as características das imagens formadas mediante utilização de óculos. Material utilizado: 1 par de óculos; 1 vela (ou outra fonte de luz branca); 1 voluntário. Montagem e procedimento: Ao voluntário cabe observar a(s) imagem(ns) de uma vela acesa através das lentes dos óculos. (Questão 7) As lentes componentes dos óculos utilizados ao longo do experimento são convergentes ou divergentes (especificamente, menisco2 convergentes ou menisco divergentes)? (Questão 8) Estabeleça um modelo (esboço) para a formação da(s) imagem(ns) observada(s) (um modelo para cada imagem). Experimento 7: Determinação do “grau” de uma lente delgada convergente Objetivo: Determinar a vergência, em dioptrias (di), de uma lente delgada convergente. 2 A lente menisco é aquela que possui uma face côncava e a outra, convexa. Material utilizado: 1 lente delgada convergente [(menisco convergente ou uma lupa (biconvexa)]; 1 fonte de luz branca; 1 bancada horizontal; 1 anteparo. Montagem e procedimento: Mantenha a lente na vertical, de modo que os raios luminosos oriundos da fonte incidam na mesma como ilustra a figura seguinte (fora de escala). Observe o posicionamento do anteparo. Esse deve permanecer de maneira que possa ser vista, claramente, a convergência dos raios luminosos. Movimente a lente até que a luz emergente esteja concentrada em praticamente um ponto (local onde ocorre o entrecruzamento dos raios luminosos). Em tal ponto encontrar-se-á localizado o foco imagem (f’) da lente. (Questão 9) Determine o “grau” da lente utilizada ao longo do experimento. (Questão 10) Compare a vergência encontrada com o valor nominal fornecido pelo fabricante da lente. Experimento 8: O projetor de gotas Objetivo: Estudar os aspectos físicos (ópticos) por trás do projetor de gotas. Material utilizado: 1 fonte laser (verde, preferivelmente); 1 seringa plástica; 1 suporte para a seringa; 1 suporte para o laser; 1 (ou mais) amostra(s) de água suja, isto é, que possua, potencialmente, organismos vivos em seu interior (as amostras de água suja podem conter microrganismos com tamanhos médios entre 0,1 mm e 0,3 mm). Montagem e procedimento: Prenda a seringa no suporte dela, de maneira que a mesma permaneça suspensa, imóvel, na vertical e com o êmbolo para cima, durante todo o experimento. Em seguida, pressione o êmbolo da seringa; e isso para formar uma gota de água (em torno de 2 mm de diâmetro) no bico da seringa. Feito isso, ajuste a altura do laser, para que esse passe bem no meio da gota de água, perpendicularmente ao anteparo de projeção. Com isso, o feixe luminoso espalhar-se-á no anteparo, tornandose possível a observação do que encontra-se contido na gota de água. Utilize, preferivelmente, um laser verde (λlaser verde = 532 nm), uma vez que o vermelho (λlaser vermelho = 650 nm) não propiciará uma imagem de muita qualidade, em comparação com aquela fornecida pelo verde (por sua vez, mais intenso, logo, que acarreta em imagens projetadas de melhor definição). Lembre-se que o experimento tornar-se-á mais interessante se você utilizar amostras de água suja (que, provavelmente, contêm microrganismos vivos, visto que, no momento da ampliação da imagem, será possível visualizar os movimentos desses, se lá estiverem). (Questão 11) Sabido que os fundamentos físicos do experimento realizado residem nos conceitos de óptica, comente, sucintamente, tais fundamentos, relacionando-os com o fenômeno observado. Em adição, caracterize a imagem formada no anteparo.
