Post on 30-Jul-2015
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
TRILHO DE AR
1 INTRODUÇÃO
Em Mecânica, estudamos o movimento retilíneo, em que o corpo se desloca apenas em
trajetórias retas. Assim, a aceleração e a velocidade, se variarem, o fazem apenas em módulo ou
sentido, jamais em direção. Os movimentos retilíneos dividem-se em movimento retilíneo uniforme
(MRU) e o movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV).
No movimento retilíneo uniforme (MRU), o vetor velocidade é constante no decorrer do
tempo (não varia em módulo, sentido ou direção) sendo, portanto, a aceleração, nula. O corpo se
desloca a distâncias iguais, em intervalos de tempo iguais. Note que, uma vez que não há
aceleração, sobre qualquer corpo em MRU a resultante das forças aplicadas é nula (F = ma = 0),
caracterizando a primeira lei de Newton - Lei da Inércia. Uma das características dele é que sua
velocidade, em qualquer instante, é igual à velocidade média,
FIGURA 1: O CORPO SE DESLOCA NUMA TRAJETÓRIA RETILÍNEA COM
VELOCIDADE CONSTANTE CARACTERIZANDO UM MRU
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
Do movimento do corpo da figura acima, temos
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
a velocidade do corpo é de 5m/s e é constante, ou seja, o corpo percorreu a mesma distância no
mesmo intervalo de tempo.
A função horária representa o endereço do corpo no tempo, ou seja, ela fornece a sua
posição em qualquer tempo. A função horária x = f(t) é dada como segue,
Onde, x é a posição, x0 é a posição inicial, v é a velocidade e t o tempo.
O movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV) é aquele em que o corpo sofre
aceleração constante. Para que o movimento continue sendo retilíneo, a aceleração deve ter a
mesma direção da velocidade. Se aceleração tem o mesmo sentido da velocidade, o movimento é
chamado de Movimento Retilíneo Uniformemente Acelerado. Se a aceleração tem sentido contrário
da velocidade, o movimento é chamado de Movimento Retilíneo Uniformemente Retardado. A
aceleração do corpo pode ser determinada encontrando a razão entre a variação da velocidade pela
variação do tempo,
Desta equação podemos deduzir uma equação para a velocidade, cujo resultado é,
Onde, v é a velocidade, v0 é a velocidade inicial, a é a aceleração e t o tempo.
A função horária x = f(t) do movimento de um corpo com aceleração constante e trajetória
retilínea (MRUV) é,
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
Onde, x é a posição, x0 é a posição inicial, v0 é a velocidade inicial, a é a aceleração e t o tempo.
2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
MRU – MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORME
Material Necessário:
• trilho de ar;
• cronômetro digital com fonte de DC (0 - 12 V);
• sensor START (S1) com suporte fixador;
• sensor STOP (S2) com suporte fixador;
eletroímã com dois bornes e suporte fixador;
• chave liga desliga com 4 bornes;
• roldana raiada com 02 micro rolamentos e suporte fixador;
• 1 massa aferida de 10 g;
• 2 massas aferidas de 20 g;
• porta-pesos (5g);
• cabos de ligação especial com 6 pinos banana;
• fonte de fluxo de ar e mangueira;
• carrinho e acessórios.
Procedimentos:
1- Verificar se o experimento está montado conforme o esquema a seguir.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
FIGURA 2: ESQUEMA DA MONTAGEM DO EXPERIMENTO MRU – MOVIMENTO
RETILÍNEO UNIFORME
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
2- Para completar a montagem do equipamento, devemos observar se o trilho está exatamente na
horizontal.
3- Observar se o eletroímã está conectado corretamente no extremo do trilho e fazer um ajuste para
que o centro do carrinho fique numa posição inicial igual a 0,200m.
4- Posicionar o primeiro sensor que aciona o cronômetro na posição x0 = 0,300m (posição inicial) e
verificar se está conectado ao terminal START (S1) do cronômetro. A medida 0,100m fica
compreendida entre o meio do sensor ao centro do carrinho (manter constante esta medida).
5- Posicionar o segundo sensor, que desliga o cronômetro, na posição x = 0,400m (posição final) e
verificar se está conectado ao terminal STOP (S2) do cronômetro.
6- Verificar se a roldana está presa na outra extremidade do trilho.
7- Verificar se o eletroímã está ligado à fonte de tensão em série, com a chave liga e desliga.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
8- Fixar o carrinho no eletroímã e ajustar a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho não
fique muito fixo.
9- Prender uma extremidade do barbante ao carrinho.
10- Colocar uma massa de 35 g na outra extremidade do barbante.
(OBS. O comprimento do barbante é fundamental para este experimento. O seu comprimento deve
garantir que a massa da ponta toque o chão antes que o carrinho passe pelo primeiro sensor).
FIGURA 3: ESQUEMA DA MONTAGEM MRU – MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORME
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
11- Desligar o eletroímã liberando o carrinho e anotar na tabela o tempo indicado pelo
cronômetro.
12- Repetir os procedimentos 8, 9, 10 e 11, três vezes e anotar os valores de tempo na
tabela.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
13- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,500m e repetir os procedimentos 12.
14- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,600m e repetir os procedimentos 12.
15- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,700m e repetir os procedimentos 12.
16- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,900m e repetir os procedimentos 12.
17- Reposicionar o segundo sensor para x = 1,000m e repetir os procedimentos 12.
TABELA 1: DADOS OBSERVADOS
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
18- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,400m.
19- Colocar uma massa de 55 g na outra extremidade do barbante.
(OBS. O comprimento do barbante é fundamental para este experimento. O seu comprimento
tem que garantir que a massa da ponta do toque o chão antes que o carrinho passe pelo
primeiro sensor).
20- Desligar o eletroímã, liberando o carrinho e anotar na tabela o tempo indicado pelo cronômetro.
21- Repetir os procedimentos 8, 9, 18 e 11 três vezes e anotar os valores de tempo na tabela.
22- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,500 m e repetir os procedimentos 20.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
23- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,600m e repetir os procedimentos 20.
24- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,700m e repetir os procedimentos 20.
25- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,800m e repetir os procedimentos 20.
26- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,900m e repetir os procedimentos 20.
27- Reposicionar o segundo sensor para x = 1,000m e repetir os procedimentos 20.
TABELA 2: DADOS OBSERVADOS
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
MRUV – MOVIMENTO RETILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO
Material Necessário:
• trilho de ar;
• cronômetro digital com fonte de DC (0 - 12 V);
• sensor STOP (S2) com suporte fixador;
• eletroímã com dois bornes e suporte fixador;
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
• chave liga desliga com quatro bornes,
• roldana raiada com dois microrrolamentos e suporte fixador;
• 1 massa aferida de 10 g;
• 2 massas aferidas de 20 g;
• porta-pesos (5 g);
• cabos de ligação especial com seis pinos banana;
• fonte de fluxo de ar e mangueira;
• carrinho e acessórios.
Procedimentos:
1- Verificar se o experimento esta montado conforme o esquema a seguir.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
FIGURA 4: ESQUEMA DA MONTAGEM DO EXPERIMENTO MRUV – MOVIMENTO
RETILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
2- Para completar a montagem do equipamento, devemos observar se o trilho está exatamente na
horizontal.
3- Verificar se o cronômetro está conectado à chave liga/desliga.
4- Posicionar o segundo sensor S2 (STOP) que desliga o cronômetro de modo a existir entre ele e a
posição de repouso do carrinho uma distância Δx igual a 0,100 m. (este deslocamento deve ser
medido entre o pino central do carrinho e o centro do sensor (S2) STOP).
5- Verificar se a roldana está presa à outra extremidade do trilho.
6- Verificar se o eletroímã está ligado à fonte de tensão em série com a chave liga e desliga.
7- Fixar o carrinho no eletroímã e ajustar a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho não
fique muito fixo.
8- Prender uma extremidade do barbante ao carrinho.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
9- Colocar uma massa de 35 g na outra extremidade do barbante.
(OBS. - O comprimento do barbante é fundamental para este experimento. O seu
comprimento tem que garantir que a massa da ponta não toque o chão antes que o
carrinho passe pelo sensor S2).
FIGURA 5: ESQUEMA DA MONTAGEM DO EXPERIMENTO MRU – MOVIMENTO RETILÍNEO
UNIFORME
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
10- Zerar o cronômetro.
11- Desligar o eletroímã liberando o carrinho e anotar na tabela o tempo indicado pelo cronômetro.
12- Repetir os procedimentos três vezes e anotar os valores de tempo na tabela.
13- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,200 m e repetir os procedimentos.
14- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,300 m e repetir os procedimentos.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
15- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,400 m e repetir os procedimentos.
16- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,500 m e repetir os procedimentos.
17- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,600 m e repetir os procedimentos.
18- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,700 m e repetir os procedimentos.
19- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,800 m e repetir os procedimentos.
TABELA 3: DADOS OBSERVADOS
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
20- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,100 m.
21- Colocar uma massa de 55g na outra extremidade do barbante.
(OBS. - O comprimento do barbante é fundamental para este experimento. O seu comprimento tem
que garantir que a massa da ponta não toque o chão antes que o carrinho passe pelo sensor S2).
22- Desligar o eletroímã liberando o carrinho e anotar na tabela o tempo indicado pelo
cronômetro.
23- Repetir os procedimentos três vezes e anotar os valores de tempo na tabela.
24- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,200 m e repetir os procedimentos.
25- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,300 m e repetir os procedimentos.
26- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,400 m e repetir os procedimentos.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
27- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,500 m e repetir os procedimentos.
28- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,600 m e repetir os procedimentos.
29- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,700 m e repetir os procedimentos.
30- Reposicionar o segundo sensor para Δx = 0,800 m e repetir os procedimentos.
TABELA 4: DADOS OBSERVADOS
FONTE: Adaptado de FROEHLICH M. L.
3 ATIVIDADES E QUESTIONÁRIO
1. Defina movimento retilíneo uniforme.
2. Defina velocidade e dê a sua unidade no sistema internacional de medidas.
3. Defina movimento retilíneo uniformemente variado.
4. Defina aceleração e dê a sua unidade no sistema internacional de medidas.
5. Qual a diferença entre um movimento acelerado e um retardado.
6. Com os dados da tabela 1, construir o gráfico x x tm, e determinar a velocidade do carrinho pela
inclinação da reta.
7. Com os dados da tabela 1, construir o gráfico v x tm, e determinar a aceleração do carrinho pela
inclinação da reta.
_____________________________________________________________________________ ROTEIRO DE PRÁTICA DE LABORATÓRIO – TRILHO DE AR Curso: Engenharia Civil Disciplinas: Física Geral e Física Instrumental
8. Com os dados da tabela 2, construir o gráfico x x tm, e determinar a velocidade do carrinho pela
inclinação da reta.
9. Com os dados da tabela 2 construir o gráfico v x tm, e determinar a aceleração do carrinho pela
inclinação da reta.
10. Considerando dentro da tolerância de erro (5%) nos valores encontrados nas tabelas 4 e 5, pode-
se afirmar que a velocidade permaneceu constate em cada caso? Em caso negativo, explique.
11. Com os dados da tabela 3, construir o gráfico x x tm. Qual a aparência da curva?
12. Com os dados da tabela 3, construir o gráfico v x tm, e determinar a aceleração do carrinho pela
inclinação da reta.
13. Com os dados da tabela 3, construir o gráfico x x tm² , e determinar a aceleração do carrinho
pela inclinação da reta.
14. Considerando dentro da tolerância de erro (5%) nos valores encontrados nos itens 12 e 13, pode-
se afirmar que a aceleração permaneceu constate, em cada caso acima? Em caso negativo, explique.
15. Com os dados da tabela 4, construir o gráfico x x tm. Qual a aparência da curva?
16. Com os dados da tabela 4, construir o gráfico v x tm, e determinar a aceleração do carrinho pela
inclinação da reta.
17. Com os dados da tabela 4, construir o gráfico x x tm² e determinar a aceleração do carrinho pela
inclinação da reta.
18. Considerando dentro da tolerância de erro (5%) nos valores encontrados nos itens 16 e 17, pode-
se afirmar que a aceleração permaneceu constate em cada caso? Em caso negativo, explique.
19. O que o grupo e você acharam do experimento? Pode ser melhorado? Em caso afirmativo, de
que maneira poder-se-ia proceder?