06 Segunda Lei de Newton 08-2013

8/13/2019 06 Segunda Lei de Newton 08-2013

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS

INSTITUTO DE FSICA

Fsica Experimental 1

MaceiAL

Agosto - 2013

ROTEIRO EXPERIMENTAL

SEGUNDA LEI DE NEWTON


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1. SEGUNDA LEI DE NEWTON

2. Objetivos:

Investigar as relaes de proporcionalidades entre as grandezas fsicas descritas pela da

segunda lei de Newton;

Relacionar o trabalho e a variao da energia cintica;

Interpretao e analise de grficos.

3. Materiais Utilizados:

Qt.

Trilho 120cm; 01

Cronmetro digital multifunes com fonte DC 12 V; 01

Sensores fotoeltricos com suporte fixador (S1e S2); 02

Eletrom com bornes e haste; 01

Fixador de eletrom com manpulo; 01

Chave liga-desliga; 01

Y de final de curso com roldana raiada; 01

Suporte para massas aferidas9g; 01 Massa aferida 10g com furo central de 2,5mm; 01

Massas aferidas 20g com furo central de 2,5mm; 02

Massas aferidas 10g com furo central de 5mm; 02



Cabo de ligao conjugado; 01

Unidade de fluxo de ar; 01

Cabo de fora tripolar 1,5m; 01

Mangueira para aspirador 1,5; 01

Pino para carrinho para fix-lo no eletrom; 01

Carrinho para trilho azul; 01

Pino para carrinho para interrupo de sensor; 01

Porcas borboletas; 03

Arruelas lisas; 07

Manpulo de lato 13mm; 04

Pino para carrinho com gancho; 01

Balana Eletrnica. 01


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4. Fundamentao Terica:

Newton enunciou sua segunda lei como:

Lei II. A var iao do movimento proporcional fora motr iz impr imida e atua na

direo da reta segundo a qual a fora dirigida.

Com o termo movimento Newton se referia a uma grandeza hoje chamada momento. O

momento de um objeto de massa mque se move com velocidade vetorial :

(1)

Para Newton, a expresso fora motriz significava a fora resultante FR. Onde a fora

expressa pela soma vetorial de todas as foras atuantes em um corpo.

(2)

Se a constante de proporcionalidade entre a fora motriz e a variao do momento for

igual a 1, ento a segunda lei de Newton torna-se:

(3)

Alm disso, se admitirmos que a massa do objeto independente do tempo t, ento:

( )

(4)

Dessa forma, reescrevemos a equao (3) como:

(5)

A equao (5) tambm conhecida como segunda lei de Newton, e a mesma afirma que:

A acelerao de um objeto proporcional fora resultante exercida sobre ele, e a massado objeto o fator de proporcionalidade entre a fora resultante e a acelerao.


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5. Procedimentos experimentais:

Parte I: Relao entre fora resultante e acelerao.

1. Montar o equipamento conforme o esquema de ligao do cronmetro na figura 01,

escolhendo a funo F2 do cronmetro.

Figura 01Esquema de ligao do cronmetro com a chave liga-desliga e o sensor S2

Fonte: Referncia [2].

2. Com uma balana medir a massa do carrinho, Mc=________kg.

3. Acrescentar aos pinos do carrinho duas massas de 20g e duas massas de 10g totalizando

0,060kg.

4. Suspender no suporte de massas aferidas (9g) uma massa de 20g, o que dar uma fora

aceleradora de:

Massa suspensa: MS= 0,029kg;

Fora resultante: _________N (g = acelerao gravitacional).Assim o sistema ter uma massa total igual a: Mt= Ma+ MS+ Mc=________kg.

5. Com o cabo apropriado conectar a chave liga-desliga (START) ao cronmetro.

6. Ligar o eletrom fonte de tenso varivel deixando em serie a chave liga-desliga.

7. Fixar o carrinho no eletrom e ajustar a tenso aplicada para que o carrinho fique na

iminncia do movimento.

8. Posicionar o sensor S2 at obter um x = 0,300m. Este deslocamento dever ser medido

entre o pino central do carrinho e o centro de S2(STOP).


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9. Zerar o cronmetro (reset) e desligar1o eletrom liberando o carrinho.

10. Anotar na tabela 01 o intervalo de tempo registrado no cronmetro, repetindo o

procedimento por trs vezes. Ao final calcular o tempo mdio tm.

Tabela 01Valores das massas e seus respectivos tempos e fora resultante

X (m) M (kg) FR(N)Tempos (s)

tm a (m/s2) F/a (kg)

t1 t2 t3

0,300

Mdia

11. Transferir uma massa de 10g do carrinho para o suporte de massas aferidas. Assim a nova

fora aceleradora ser igual a:

Fora resultante ________N.

12. Prender o carrinho ao eletrom e repetir o procedimento (9). Refazer estes procedimentos

sempre transferindo massa do carrinho para o suporte de massas aferidas at completar a

tabela 01.

13. Construir o grfico FR= f(a) (fora resultante em funo da acelerao).

14. Determinar os coeficientes angular e linear do grfico FR= f(a).

Coeficiente angular A =________

Coeficiente linear B =________

1Nota: o desligamento do eletrom por meio da chave lig/des deve ser feito em movimento firme e nico a fim de evitar o

acionamento do cronmetro antes da liberao do carrinho.


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Questes:

a) Considerando uma tolerncia de 5%, pode-se afirmar que a massa do sistema (segunda

coluna da tabela 01) igual relao F/a (ltima coluna da tabela 01)?

b) Qual a forma do grfico FR= f(a)? Essa forma mostra que acelerao e fora resultante so

direta ou inversamente proporcionais?

c) Qual o significado fsico do coeficiente angular do grfico FR= f(a)?

d) Com base nas concluses tiradas desse experimento, enuncie a segunda lei de Newton.


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Parte II: Relao entre acelerao e massa

1. Para este experimento deve-se usar o aparato da parte I e a funo F2 do cronmetro.

2. Medir a massa do carrinho, Mc=________kg.

3. Colocar no suporte de massas aferidas (9g) duas massas de 20g, o que resultar numa fora

aceleradora de: P = Mg =________N.

4.A Massa total do sistema ser igual soma de (M c+ Ms) kg.

Massa suspensa Ms= 0,049kg.

Fora resultante FR=________N (constante).

Massa acrescentada Ma= 0,000kg.

Massa total M = Ms+ Mc+ Ma=________kg (preencher esse valor na 1 linha da 2 coluna da

tabela 02.)

5. Com o cabo apropriado conectar a chave liga-desliga (START) a o cronmetro.

6. Posicionar o sensor S2at obter x= 0,300m. Este deslocamento deve ser medido entre o

pino central do carrinho e o centro de S2(STOP).



7. Zerar o cronmetro (reset) e desligar2

o eletrom, liberando o carrinho; Anotar na tabela 02

o intervalo de tempo registrado no cronmetro.

8. Acrescentar 20g ao carrinho (10g de cada lado) e repetir o procedimento.

Massa suspensa Ms= 0,049kg.

Fora resultante FR=________N.

Massa acrescentada Ma = 0,020kg.

Massa total M = Ms+ Mc+ Ma=________kg (preencher esse valor na 2 linha da segunda

coluna da tabela 02).9. Desligar o eletrom, liberando o carrinho, anotar na tabela 02 o intervalo de tempo

registrado no cronmetro.

10. Realizar trs medidas de tempo para cada massa acrescida ao carrinho.

11. Calcular a acelerao para cada um dos tempos obtidos, utilizando a mesma frmula

usada na primeira parte e preencher a tabela 02.




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12.Completar a tabela acrescentando sempre 20g ao carrinho, repetindo os procedimentos

anteriores.

Tabela 02 - Valores das massas e seus respectivos tempos

X(m) M(kg) 1/M(kg-1) FR(N) t1(s) t2(s) t3(s) tm(s) a(m/s2) M.a(N)

0,300

13. Construir o grfico a = f(M) (acelerao em funo da massa) utilizando os dados da

tabela 02.

14. Linearizar o grfico a = f(M). Para linearizar, formar a tabela a (m/s2) versus

.

15. Determinar os coeficientes angular e linear do grfico .Coeficiente angular A =________.

Coeficiente linear B =________.

Questes:

a)Considerando a tolerncia de erro de 5%, pode-se afirmar que a terceira coluna (fora

resultante) igual a ultima coluna (produto da massa pela acelerao)?

b) Qual o significado fsico do coeficiente angular da reta do grfico ?c) Qual a relao de proporcionalidade entre a acelerao e a massa do sistema sob a ao de

uma fora resultante de intensidade constante?


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Parte III: Relao entre trabalho e variao da energia cintica.

1. Manter o aparato dos experimentos anteriores (partes I e II), escolher a funo F2.

2. Colocar no suporte para massas aferidas (9g) uma massa de 30g. Com a acelerao da

gravidade (g) local determine P = mg =________N. O barbante deve ter comprimento

suficiente para que o suporte para massas aferidas no venha a tocar o cho ao final do

deslocamento.

3. Posicionar o sensor (S2) at obter um x= 0,100m. Este deslocamento deve ser medido

entre o pino central do carrinho e o centro de S2(STOP).

4. Anotar na tabela 03 a massa total do sistema (usar a balana para medir a massa envolvida

no experimento).

Massa do carrinho Mc=________kg.

Massa do suporte com massas aferidas Ms=________kg.

Massa total M =________kg.



6. Desligar3 o eletrom liberando o carrinho e anotar na tabela 03 o tempo indicado no

cronmetro.

7. Repetir os passos colhendo trs valores de tempo para o mesmo deslocamento, anotando na

tabela 03 e calcular o tempo mdio.

8. Reposicionar o S2 em 0,100m ( = 0,200m), e assim sucessivamente at completar atabela 03.

Tabela 03 - Valores de deslocamentos e seus respectivos tempos mdios (tm)

FR(N) x(m) W(J) m(kg) tm(s) a(m/s2) V0(m/s) V(m/s) EC0(J) EC(J) EC(J)




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9. Completar a tabela 03 calculando a velocidade inicial do carrinho; trabalho realizado pela

fora resultante; a acelerao; a velocidade final para o deslocamento de x= 0,100m; e a

energia cintica inicial e final do carrinho.

10.Considerando a tolerncia de 5%, pode-se afirmar que a terceira coluna da tabela 03

(trabalho realizado) igual a ultima coluna (variao da energia cintica)?


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6. Referncias Bibliogrficas:

[1] KELLER, Frederick. Fsica Volume 1. So Paulo: Pearson Makron Books, 2004.

[2] Manual de instrues e guia de experimentos Azeheb, Trilho de ar linear.

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