Roteiro 1 plano inclinado

Centro Universitário UNICAPITAL e
Faculdades Integradas Paulista FIP
Engenharia de Automação e Controle
Engenharia Elétrica
Engenharia Mecânica
Engenharia Civil
Roteiro para
Laboratório de Física 1
Experiência 01
Profa Suely Midori Aoki
Laboratorista Vivian Delacoleta
1
São Paulo 2014
Instruções para a elaboração do Relatório
Após a realização do experimento pelo grupo deve ser apresentado ao professor
responsável um relatório que deverá ser elaborado em grupo, contendo os itens
relacionados a seguir.
Além da apresentação dos dados tomados no laboratório, o relatório deverá conter o
tratamento destes dados bem como sua análise, conforme as instruções sobre o
detalhamento da análise de dados fornecidas neste roteiro.
1. Capa: folha de rosto com a identificação do número do experimento, título, data
da realização do experimento, unidade e turma, sendo que estas informações
podem ser dispostas numa tabela como segue:
Número do Experimento
Título
Data do Experimento
Unidade
Turma
RA
Nome Completo
Assinatura
1
2
3
4
5
6
2. Objetivo: descreva resumidamente qual(is) o(s) objetivo(s) a ser(em) atingido(s)
com o experimento.
3. Material Utilizado: relacione em itens os materiais utilizados no experimento,
citando a identificação técnica (modelo e marca) dos equipamentos e dispositivos
elétricos/eletrônicos, podendo ilustrar com figuras, fotos ou diagramas.
4. Procedimento Experimental: descrição resumida do procedimento adotado para
a realização do experimento.
5. Dados: mostre claramente os dados obtidos, relacionando-os numa tabela,
quando possível.
6. Análise dos Dados: descreva explicitamente os cálculos feitos com os dados
obtidos e outras análises realizadas com os dados colhidos; mostre os resultados
obtidos com os cálculos em tabelas e gráficos quando pertinentes
7. Conclusão: elabore um ou mais parágrafos sobre o que pôde ser concluído a
partir dos dados obtidos e sua análise
8. Referências Bibliográficas: apresente a bibliografia consultada nos estudos
realizados.
Profa Suely Midori Aoki
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2
Parte prática – Laboratórios
Materiais necessários para a realização do experimento (vide anexo 1):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Conjunto de plano inclinado com base de sustentação e rampa de inclinação ajustável
Carro com carenagem 3D
Corpo de prova de madeira
Massas acopláveis cilíndricas
Dinamômetro com precisão de 0,02 N e escala maxima de 2 N
Escala angular (em um dos conjuntos a escala está acoplada no plano inclinado e no outro
está separado)
Observação: Há dois tipos de conjunto de plano inclinado, consulte o Anexo 1 para
reconhecer qual deles sera utilizado pelo seu grupo.
Título: PLANO INCLINADO
Objetivos:



Rever as relações trigonométricas básicas em um triângulo retângulo, seno, cosseno
e tangente, e o Teorema de Pitágoras.
Visualizar as forças peso e normal num plano inclinado, verificando a independência
entre suas naturezas.
Compreender a decomposição de forças em suas componentes perpendicular e
tangencial ao plano inclinado.
Introdução Teórica para realização e análise do Experimento:
O teorema de Pi
. Na geometria euclidiana, o teorema afirma que:
, o quadrado do
comprimento da h
quadrados
.” (f
1)
f
os dois lados que
Figura 1- Teorema de Pitágoras
formam o triângulo. O
enunciado anterior relaciona comprimentos, mas,
:
quadrad
.” (f
2)
Para ambos os enunciados, pode-se equacionar:
onde: c representa o comprimento da hipotenusa, a e b
representam os comprimentos dos catetos.
O teorema de
tico gr
. .)
Profa Suely Midori Aoki
Figura 2 - Teorema de Pitágoras
(áreas)
(
-
2
3
f
(
emáticos babilônicos conheciam algorit
f
).
s cossenos do matemático
persa Ghiyath al-Kashi (138 – 1 2 )
terceiro lado de qualquer triângulo, dados os comprimentos de dois lados e a med
.
ca
(
)
do quadrado cons
a (c).
Trigonometria do triângulo retângulo
f
.
, tradicionalmente,
denominada grau e, cada um deles tem medida entre 0 o e 180o
180o.
Em um triâ
f
,
, uma vez que seus lados sejam conhecidos.
, tem mediada de 90o. Os ou
, dado um segmento
,
indicamos o comprimento de
por AB, onde
AB=med( ).
(figura 3)
em B, cuja
medida x, em
intervalo [0,
Figura 3 – Triângulo Retângulo
:
Seno: Seno de x
comprimento da hipote
.
:
Cosseno: Cosseno de x
.
Tangente: Tangente de x
cateto adja
.
Profa Suely Midori Aoki
:
:
3
4
Dinamômetro
O dinamômetro é um instrumento utilizado para medir a intensidade das forças.
Figura 4 – Dinamômetro
Força Peso
A força peso é uma força de natureza gravitacional, ou seja, é uma força atrativa de
longo alcance entre corpos macroscópicos, como um objeto de massa m e o planeta
com massa M; a força peso do objeto de massa m tem direção perpendicular à
superfície do planeta que o atrai no sentido do centro do planeta (figura 5) e tem
intensidade:
P = m.g
onde m é a massa do objeto e g é a aceleração da gravidade que varia de acordo
com a massa do planeta que está atraindo o objeto.
A notação de negrito indica que a grandeza é um vetor.
Força Normal
A força normal é de natureza eletromagnética, ou seja, uma força que surge da
interação de longo alcance entre os elétrons de um corpo sólido que está em contato
com uma superfície também sólida. A força normal, então, NÃO é uma reação à
força peso. Sua direção é sempre perpendicular à superfície de contato e sentido
para fora desta superfície (figura 5).
Figura 5 – Triângulo Retângulo
Profa Suely Midori Aoki
4
5
Instruções para a realização do experimento:
1. Utilizando o dinamômetro na vertical, meça os pesos dos corpos de prova, ou
seja, a carga (carro e bloco de madeira), anotando esses valores na tabela
abaixo:
Carro
Bloco de Madeira
Peso (N)
Tabela 1 – Peso dos corpos de prova
2. Para fazer as medidas com o dinamômetro, vide Anexo 1 sobre os cuidados a
serem tomados com o dinamômetro e o Anexo 2 sobre a escala de medição.
3. Monte o plano inclinado, conforme o modelo disponível, vide Anexo 3.
4. Fixe o dinamômetro no parafuso existente no topo do plano inclinado e alinhe-o,
vide Anexo 4.
5. Acople a carga no dinamômetro, vide Anexo 5, mantendo-o alinhado como
descrito no Anexo 4.
6. Utilize inicialmente o carro como carga.
7. Novamente, para fazer as medidas com o dinamômetro, vide Anexo 1 sobre os
cuidados a serem tomados com o dinamômetro e o Anexo 2 sobre a escala de
medição.
8. Deixe o plano inclinado rente à bancada, posição esta que será tomada como 0o,
anote o valor marcado no dinamômetro na tabela 2 a seguir.
9. Mude a inclinação do plano para o próximo ângulo descrito na tabela 2, conforme
o modelo (as diferenças na manipulação do plano estão descritas pelas figuras 3
e 4 do Anexo 3) e meça o valor marcado no dinamômetro.
10. Proceda sucessivamente até o máximo ângulo de inclinação que o plano
inclinado consegue atingir.
Ângulo de Inclinação (graus)
Medida da Força no Dinamômetro (N)
o
0
o
5
o
10
o
15
o
20
o
25
o
30
o
35
o
40
o
45
Tabela 2 – Ângulo de Inclinação x Medida no Dinamômetro
Profa Suely Midori Aoki
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6
Instruções para a análise dos dados do experimento:
1. Inicialmente, responda às seguintes perguntas:
a. Qual o valor do peso e da massa do objeto usado no experimento para
a tomada das suas medidas no laboratório, no Sistema Internacional?
Considere a aceleração da gravidade como 10 m/s2.
Objeto
Massa (kg)
Peso (N)
b. O peso calculado no item a corresponde a qual dos vetores, P1, P2 ou
P3, apresentados na figura a seguir?
P1
P2
P3
c. O valor medido no dinamômetro corresponde a qual das forças
indicadas na figura abaixo?
d. Reconheça o triângulo retângulo na figura anterior, verifique a relação
do ângulo de inclinação do plano e os do triângulo retângulo,
reconhecendo as relações trigonométricas seno, cosseno e tangente.
Profa Suely Midori Aoki
6
7
e. De acordo com as respostas anteriores e utilizando as relações
trigonométricas num triângulo retângulo, complete a tabela a seguir:
Ângulo de
Inclinação
(graus)
P1 (N)
P2 (N)
P3 (N)
o
0
o
5
o
10
o
15
o
20
o
25
o
30
o
35
o
40
o
45
Profa Suely Midori Aoki
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Referência Bibliográfica
1. Apostila de Desenho Técnico para o curso técnico Pronatec
Prof. José dos Santos Garcia Neto
2.o semestre de 2013
2. Fundamentos de Física – vol. 1
Halliday e Resnick
Editora LTC – 8.a edição – 2012
3. Manual Experimental do Plano Inclinado Kersting – Ref. EQ001
Cidepe – Centro Industrial de Equipamentos de Ensino e Pesquisa
Canoas – RS
Profa Suely Midori Aoki
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Anexo 1 – Cuidados com o Dinamômetro
Parafuso liberador da capa
protetora da mola interna
Referência para leitura da
escala (extremidade da capa)
Escala graduada em dois
centésimos de newton
Indicação da capacidade
máxima da carga [N]
Corpo de prova
Cuidados com o dinamômetro:
 Nunca o utilize além da capacidade máxima, senão, a mola interna perderá a
capacidade de retorno à posição inicial.
 Nunca solte o corpo que está sendo medido no dinamômetro bruscamente.
 Faça a ajustagem inicial, alinhando o zero da escala com a parte frontal da
capa.
Ajustagem inicial
 Solte o parafuso liberador da capa e movimente-o para cima ou para baixo
para nivelar o primeiro traço da escala com a extremidade da capa que é a
referencia para medição.
 Sempre ajuste o zero do dinamômetro na posição em que ele será utilizado.

Quando usar o dinamômetro na posição horizontal ou inclinada, dê uma
pequena batida na capa para liberar o interior antes de fazer a leitura.
Profa Suely Midori Aoki
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Anexo 2 – Medição de força com o Dinamômetro
Após a colocação da
carga no dinamômetro, o
êmbolo interno do
dinamômetro se moverá e
a leitura da medida da
força deverá ser feita.
Profa Suely Midori Aoki
A medida no dinamômetro é
dada pela leitura direta da
escala.
A extremidade do corpo móvel é
a referencia para a leitura.
A divisão de cada cor vale 0,2 N
e cada traço vale 2 centésimos
de newton (0,02 N).
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Anexo 3 – Diferenças entre os planos inclinados
Usaremos dois conjuntos de plano inclinado:
 Kersting (figura 1)
 Padrão (figura 2)
Figura 1 – Plano inclinado Kersting
Figura 2 – Plano inclinado Padrão
As diferenças básicas entre os dois conjuntos são:
1. A escala angular: no conjunto Kersting, a escala é acoplada ao plano inclinado (figura 3),
no conjunto padrão, a escala é separada e tem que ser posicionada ao lado do plano
quando for realizar a medida do ângulo de inclinação (figura 4).
Figura 3 – Plano Inclinado Kersting
Profa Suely Midori Aoki
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Figura 4 – Plano Inclinado padrão
2. O posicionamento do plano numa determinada angulação: no conjunto Kersting
existe um parafuso para elevar o plano numa determinada inclinação (figura 5) e
no padrão temos que usar o bloco de madeira como calço (figura 6).
Figura 5 – Parafuso para
elevação do plano no
conjunto Kersting
Figura 6 – Calço para elevação do
plano no conjunto padrão
Profa Suely Midori Aoki
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Anexo 4 – Alinhamento do dinamômetro com o plano inclinado
Na extremidade do plano tem um parafuso
com duas porcas de plástico,
...
... solte a de cima apenas.
Insira no olhal da extremidade
do dinamômetro no parafuso e
rosquei a porca novamente.
O olhal do
dinamômetro
deverá ficar entre
as porcas
O dinamômetro deverá ficar
alinhado com o gancho que
prende a carga a ele, ou seja, o
dinamômetro e o gancho de
suporte da carga devem ficar
alinhados.
O olhal do
dinamômetro não
pode ficar diretamente
no plano sem a porca
de plástico por
baixo...
Profa Suely Midori Aoki
... nem o
dinamômetro
poderá ficar com a
extremidade onde
está a escala
desalinhado com o
corpo de carga.
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Anexo 5 – Acoplamento carga-dinamômetro
Conecte a carga na
extremidade do dinamômetro
onde está a escala.
Não esqueça de verificar o
alinhamento do dinamômetro
com a carga.
Vide anexo 4.
O corpo da escala do
dinamômetro deverá estar livre
quando a carga puxá-lo ao
escorregar pelo plano inclinado
Profa Suely Midori Aoki
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