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_____________________________________________________________________________ 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


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,


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.


FIGURA 2: ESQUEMA DA MONTAGEM DO EXPERIMENTO MRU – MOVIMENTO

RETILÍNEO UNIFORME


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.


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


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.


13- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,500m e repetir os procedimentos 12.





TABELA 1: DADOS OBSERVADOS


18- Reposicionar o segundo sensor para x = 0,400m.


(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.









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;


• 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.


FIGURA 4: ESQUEMA DA MONTAGEM DO EXPERIMENTO MRUV – MOVIMENTO

RETILÍNEO UNIFORMEMENTE VARIADO


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.



(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


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.










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.











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



8. Com os dados da tabela 2, construir o gráfico x x tm, e determinar a velocidade do carrinho pela


9. Com os dados da tabela 2 construir o gráfico v x tm, e determinar a aceleração do carrinho pela


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?



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?



17. Com os dados da tabela 4, construir o gráfico x x tm² e determinar a aceleração do carrinho pela


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?

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