Relatório Atividades Laboratoriais 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 11º

15/11/2013 – Relatório das Atividades Laboratoriais 0

Físico-química

Relatórios das Atividades

Laboratoriais AL 1.1, 1.2, 1.3, 1.4

Filipe Simões nº5 , Nuno Costa nº11, Ricardo Dias nº13 e Rodrigo Caetano nº14

15/11/2013 – Relatório das Atividades Laboratoriais – 11ºA

Filipe Simões nº5 , Nuno Costa nº11, Ricardo Dias nº13 e Rodrigo Caetano nº14 1

Índice

A.L. 1.1 Queda livre

Questão-problema

Objetivos

Introdução

Questões pré-laboratoriais

Materiais

Procedimentos

Registo de dados

Discussão de dados

Conclusão

Questões pós-laboratoriais

A.L. 1.2 Será necessária uma força para que um corpo se mova?

Objetivos

Introdução


Materiais

Procedimentos

Resultados


A.L. 1.3 Salto para a piscina

Questão-problema

Objetivos

Introdução


Materiais

Procedimentos

Esquema de montagem

Resultados

Discussão de resultados


Conclusão

A.L. 1.4 Satélite geoestacionário

o Questão-problema

o Objetivos

o Introdução

o Questões pré-laboratoriais

o Materiais

o Procedimentos



o Registo de dados

o Discussão de dados

o Questões pós-laboratoriais

Bibliografia



A.L. 1.1 Queda livre Questão-problema: Dois atletas com pesos diferentes, em queda livre,

experimentam ou não a mesma aceleração?

Objetivos: Demonstrar qual será a variação da aceleração entre dois corpos em

queda livre.

Introdução teórica:

Qualquer corpo situado no interior do campo gravítico terrestre encontra-se

submetido à acção da força da gravidade. A gravidade é uma força constante, vertical

dirigida para o centro da Terra.

A força gravítica provoca sempre a aceleração gravítica, aumentando o módulo das

velocidades na descida e diminuindo – o na subida. A aceleração gravítica representa-

se pela letra g, cujo valor depende do local onde o corpo é abandonado. Em locais

próximos da superfície terrestre, o seu valor é aproximadamente 9,8 m s-2.

Chama-se queda livre ao movimento de um corpo em direcção à terra apenas sujeito à

atração gravitacional.

Todos os corpos, independentemente do seu peso, forma ou tamanho e sempre que a

resistência do ar seja desprezável, caem com a mesma aceleração da gravidade e

chegam simultaneamente se forem largados ao mesmo tempo a partir da mesma

altura.

Como a força gravítica é constante, produz uma aceleração constante, e portanto,

todos os corpos caem em direcção à Terra com um movimento rectilíneo

uniformemente acelerado, se não houver outras forças que influenciem o movimento.



Questões pré-laboratoriais:

1 a) É um movimento retilíneo uniformemente acelerado. 1 b) É um movimento retilíneo uniformemente retardado. 1 c) Sim. Não cai pois possui uma determinada velocidade que lhe permite não cair em direção ao Sol. 2) Para demonstrar que a massa é um termo desprezável no lançamento de um grave. 3) O objeto deve passar sobre a célula fotoelétrica de modo a que interrompa o feixe de luz. Depois, analisa-se o tempo que a célula esteve interrompida através de um marcador digital de tempo e mede-se o comprimento do objeto que interrompeu o feixe de luz.

Para calcular a velocidade instantânea, servimo-nos da equação

, e obtemos a

velocidade instantânea. 4) Respondida mais à frente no relatório.

Fg

a v

Fg

v a



Materiais:

-Duas células fotoelétricas; -Marcador digital de tempo; -Duas esferas de diferentes diâmetros; -Suporte universal; -Tubo; -Fita métrica.

Procedimentos:

1º - Monte devidamente todo o plano vertical, ligando as células fotoelétricas ao marcador digital de tempo e prendendo-as ao suporte universal. A extremidade inferior do tubo deve ser colocada diretamente sob as células fotoelétricas para impedir que as esferas toquem nas mesmas. 2º - Identifique a massa de cada uma das esferas. 3º - Deixe cair através do tubo uma das esferas e registe o tempo que esta demora passar entre as duas células. Repita três vezes. 4º - Repita o último passo, desta vez com a outra esfera.

Registo dos dados: Esfera 1

Massa (kg) Distância percorrida

entre células (m)

Tempos (s) entre as duas células Tamanho do tubo

(m)

Tempo médio

da queda

no tubo

(s)

1º tempo 2º tempo 3º tempo Tempo médio

0,00358 0,252 0,0999 0,1001 0,0993 0,0998 0,195 0,1135

Esfera 2

Massa (kg) Distância percorrida

entre células (m)

Tempos (s) entre as duas células Tamanho do tubo

(m)

Tempo médio

da queda

no tubo

(s)

1º tempo 2º tempo 3º tempo Tempo médio

0,01350 0,252 0,1006 0,1034 0,1018 0,1019 0,195 0.1135



Discussão dos dados:

Calcular a aceleração das esferas durante a queda (resistência desprezável): Esfera 1:

| |

Esfera 2:

| |

Conclusão:

A partir dos resultados do procedimento da esfera 1, obtivemos o valor de aceleração de 9,825 m/ , com erro de 2,86%, relativamente ao valor teórico (9,8 m/ ):

| |

| |

E a partir dos resultados do procedimento da bola 2 obtivemos o valor médio de aceleração de 9,629 m/s2, com erro de 6,12%, relativamente ao valor teórico (9,8 m/s2):

| |

Com uma incerteza absoluta de 0,26%, no procedimento da bola 1, e de 1,74%, no procedimento da bola 2, podemos concluir respondendo ao problema que a massa em nada influência o valor da aceleração, pois esta vai ser sempre igual em todo o planeta (com algumas exceções), por isso a aceleração de um corpo em queda livre na terra, é chamada de aceleração gravítica e em média tem o valor de 9,8 m . Todos os objetos em queda livre, próximos da superfície da Terra e não sujeitos à resistência do ar, caem com a mesma aceleração porque o valor de g não depende da massa do objeto.



Podemos comprovar isso na fórmula seguinte:

Assim podemos concluir que todos os objetos em queda livre, próximo da superfície da Terra e não sujeito à resistência do ar, caem com a mesma aceleração porque o valor de g não depende da massa do objeto, dependendo sim da massa do planeta e da distância entre os centros da massa do corpo e do planeta.

Questões pró-laboratoriais:

1) Aceleração esfera 1: 9,825 ; Aceleração esfera 2: 9,629 É sempre a mesma, pois é uma constante, independentemente dos pontos da trajetória escolhidos. 3) 100 9,825 + 9,629) / 2) / 9,8 0,7%



A.L. 1.2 Será necessária uma força para que um corpo se mova?

Objetivos: Demonstrar a necessidade (ou não) de uma força para que ocorra o

movimento de um corpo.

Introdução: Um dos grandes problemas para descrever as forças necessárias para o

movimento dos corpos tem ocupado milhares de cientistas ao longo dos últimos milénios. No entanto, foi Newton que nos revelou a necessidade (ou não), de forças para cada tipo de movimento, através das suas “3 Leis de Newton”. O carro vai sofrer a ação de uma força, devido ao deslocamento do peso colocado do outro lado da corda, sendo-lhe conferida velocidade. Assim, vai descrever um MRUA (Movimento Retilíneo Uniformemente Acelerado) até que o peso embata no chão. O que acontecerá ao carro depois de o peso cair?


1) Não, pois um corpo sem nenhuma força aplicada pode encontrar-se em repouso ou adquirir um movimento retilíneo uniforme. 2) Aristóteles defendia que para um corpo se encontrar em movimento era restritamente necessária uma força. Galileu refutou esta ideia, pois descobriu a existência das forças de atrito. Assim, calculou que se não houvesse força de atrito o corpo estaria sempre em movimento. Newton não só concordou com as ideias de Galileu, como também elaborou equações matemáticas para descrever este movimento, sendo por isto conhecida a 1ª Lei de Newton. 3) Aristóteles – A Galileu – B Newton – C 4) Galileu demonstrou que um corpo poderia encontrar-se em movimento mesmo que nenhuma força estivesse a atuar sobre ele. 5 a)

Fg B

N

T

Fg A

T



5 b) Assim, o conjunto move-se. É um movimento acelerado, portanto

a velocidade aumenta. 5 c) Atuam apenas a força gravítica e a reação normal, que se anulam. O corpo A passa a ter um movimento retilíneo uniforme. 6 a) Carrinho, 6 b) Em ambos os casos, podemos utilizar o sensor CBR acoplado a uma calculadora gráfica. 7) Poderá ser nula (corpo em repouso) ou constante (movimento retilíneo uniforme).



0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 1,5 3 4,5 6

Dis

tân

cia

(m)

Tempo (s)

Gráficoposição/tempo

Material: Carrinho com pino; Superfície plana e lisa; Corda ou fio; Peso; Roldana; Calculadora com sistema CBR acoplado.

Procedimentos:

1º - Ligue a calculadora e ative o sistema CBR, deixando preparado para a análise da velocidade e/ou tempo. 2º - Junte o pino do carro à corda numa extremidade e na outra acrescente o peso. 3º - Posicione todo o sistema sob uma superfície plana e lisa, de modo a que a corda passe pela roldana e que o sistema CBR esteja diretamente colocado sob o carrinho. O peso não pode tocar diretamente no chão. 4º - Acione o sistema CBR, e largue o peso. 5º - Repita o passo anterior até achar todos os dados necessitados.

Resultados:

Tempo (s) Distância (m)

0 0,120

1,5 0,120

3 1

4,5 1,905



0; 0 1,5; 0

3; 0,66

4,5; 0,603

6; 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 1 2 3 4 5 6 7

Velocidade em função do tempo

Questões pós-laboratoriais:

1) 2) Não. Durante o intervalo [1,5 ; 3]s o movimento é retilíneo uniforme acelerado. No intervalo [3 ; 4,5]s, o movimento é retilíneo uniforme. No resto do tempo o carro encontra-se em repouso.

3) [ ]

[ ]

[ ]

4) Não. Se nenhuma força se manifestar no corpo, como acontece ao carrinho depois de o peso ligado à corda cair no chão, o corpo continuará a mover-se, pois o atrito seria desprezável. No entanto, sendo esta experiência feita na Terra, e visto que nenhuma superfície seja polida o suficiente para não haver atrito, o carrinho vai abrandando lentamente. Assim demonstra-se porque a aceleração é negativa e ínfima no intervalo [3 ; 4,5]s.



A.L. 1.3 Salta para a piscina Questão-problema: Que medidas adoptar na construção de um escorrega para

um aquaparque de modo que os utentes escorreguem em segurança?

Objetivo: Relacionar a velocidade de lançamento com o alcance horizontal obtido.

Introdução:

Pretende-se projectar de um escorrega para um aquaparque, de modo que os utentes possam cair em segurança numa determinada zona da piscina. A rampa termina num troço horizontal a uma altura apreciável da superfície da água. A actividade consiste em interpretar o movimento de um projéctil lançado horizontalmente como a sobreposição de dois movimentos. Sabemos que um corpo lançado horizontalmente seguido de uma queda, é descrito como a constituição de dois movimentos simultaneamente: movimento segundo a vertical e o movimento segundo a horizontal. No primeiro, o movimento será uniformemente acelerado, porque a força resultante segundo a vertical é não-nula. No segundo, o movimento é rectilíneo e uniforme, porque a resultante das forças que actuam segundo a direcção horizontal é nula, logo a velocidade mantém-se constante. Porém, para determinarmos o alcance máximo, vamos precisar das seguintes equações, sendo estas as leis dos movimentos, horizontal e verticalmente, respetivamente:

O alcance de um corpo lançado na horizontal é tanto maior quanto maior é a velocidade inicial de lançamento. Para a mesma velocidade inicial, é tanto maior quanto maior é a altura de queda Podemos concluir as afirmações acima facilmente, trabalhando as equações de movimento e estabelecendo as respectivas relações, assim considerando o instante em que o corpo atinge o solo:

O alcance máximo atingido pelo corpo é calculado pela expressão:



Questões pré-laboratoriais: 1) Significa que é lançado num plano horizontal, descrevendo o mesmo tipo de movimento de um projétil. 2) Horizontal: velocidade constante, movimento retilíneo uniforme Vertical: velocidade aumenta ao longo do tempo, movimento retilíneo uniformemente acelerado. 3 a)

3 b) Mais elevada pois apresentará uma energia potencial maior, e esta é diretamente proporcional à altura.

3 c) Terá um maior alcance quanto maior for a velocidade com que abandona a base da rampa. 3 d) Sim. Quanto maior for a velocidade à saída da rampa maior será a velocidade ao atingir a água. (V= Vx+ Vy)



Material: Calha circular; Duas esferas metálicas de diâmetros diferentes; Régua ou fita métrica; Caixa de amparo; Papel de alumínio; Suportes universais; Cronómetro.

Procedimento:

1º - Instalar a calha circular nos suportes universais, de modo a que a extremidade coincida com a extremidade da mesa; 2º - Medir o comprimento da calha e a sua altura; 3º - Fazer um teste com uma das esferas para determinar onde colocar a caixa de amparo; 4º - Cobrir a caixa de amparo com papel de alumínio para poder visualizar onde embateu a esfera. 5º - Testar cada uma das esferas pelo menos 3 vezes e anotar o alcance e o tempo devidos.

Esquema de Montagem: Ponto de largada da esfera 1,5m Caixa 1,40m 0,72m 0,57m 0,80m



Resultados:

Esfera pequena Esfera grande

Distância (m) Tempo (s) Distância (m) Tempo (s)

0,61 0,94 0,64 1,03

0,623 0,95 0,61 1,2

0,625 1 0,63 0,95

Discussão de resultados:

1º Teste:

2º Teste:

3º Teste:

1º Teste:

2º Teste:

3º Teste:



y = 13,647x + 0,8762 R² = 0,0362

0

2

4

6

8

10

12

0,605 0,61 0,615 0,62 0,625 0,63 0,635 0,64 0,645

Ve

loci

dad

e (

m/s

)

Alcançe (m)

Velocidade em funçaõ do alcance


1 – Conclui-se que quanto maior a velocidade maior o alcance. 2 - 3 - Na construção de um escorrega num parque aquático deve-se ter em atenção a altura de que é lançada a pessoa, a inclinação do escorrega e a massa máxima e mínima das pessoas que o podem utilizá-lo.

Conclusão: Com esta actividade experimental podemos concluir que o alcance de um projéctil depende sempre da sua altura e da sua velocidade de lançamento. Podemos afirmar, que o alcance atingido pelo corpo é directamente proporcional ao valor da velocidade de saída da calha, ou seja, quando maior a altura, maior a será a velocidade de saída da calha e por conseguinte, o alcance. E para finalizar, concluímos também que as forças que actuam na esfera são o peso (m.g) ou força gravítica e o atrito, porque os resultados obtidos deveriam ter sido diferentes, porque a velocidade teria sido maior se a força de atrito fosse desprezável.



A.L. 1.4 Satélite geoestacionário

Questão-problema: Será que a velocidade de um satélite depende da sua

massa?

Objetivo: comparar o movimento de um satélite geoestacionário com o de um

corpo que se move com movimento circular e uniforme.

Introdução:

Um satélite geoestacionário descreve uma órbita aproximadamente circular à altitude de 35 880 km e com período de 24h, independentemente da sua massa. Pretende-se confrontar o movimento de um satélite de um satélite geoestacionário com o de um corpo que se move com Movimento Circular Uniforme (MCU).


1 a) Ambas as forças a atuarem, tanto no carrinho, quanto no satélite , tem direção radial, e sentido do centro de massa para centro, as forças são perpendiculares à velocidade. A diferença é que no caso do satélite atua só uma força, que é a força gravítica, que é uma força á distancia enquanto no carrinho, atua uma força de contacto, pois está em contacto com o gira-discos. 1 b)

√

, logo a velocidade de um satélite

geoestacionário não depende da sua massa. 1 c) Com um cronómetro iria-se calcular quanto tempo uma rotação do gira discos durava (período). Para se determinar a frequência do gira-discos podemos aplicar a formula que se

segue:

, em que f corresponde a frequência, T ao período, substituindo na

expressão o período pelo o tempo que uma rotação levava, chegar-se-ia ao valor da frequência. 1 d) Depois de calculada a massa do carrinho e depois de lido o valor do dinamómetro, iria-se aplicar a equação de 2ª Lei de Newton ( ), a partir desta equação podia-

se deduzir a aceleração do carrinho,

, em que a é a aceleração do carrinho, F é a

força (lida pelo dinamómetro), e m a massa do carrinho.



2 a) A aceleração, dita centrípeta, é independente da massa, sendo dada por . Assim , logo o valor da aceleração irá quadruplicar.

2 b)

, assim a aceleração irá diminuir para metade.

Materiais:

-Rolha de borracha; -Fio de nylon, -Corpos metálicos de massas diferentes; -Tubo; -Fita métrica; -Balança; Cronómetro.

Procedimento:

1º - Pese a rolha de borracha, 2º - Faça passar o fio de nylon através do tubo de plástico. 3º - Numa das extremidades do fio de nylon, prenda a rolha de borracha e na outra extremidade um corpo metálico, com a massa de 100g; 4º - Marque no fio, com caneta apropriada, um ponto do fio que permita definir um raio de rotação; 5º - Faça rodar o corpo num plano horizontal situado por cima da sua cabeça de forma que o movimento seja uniforme. Faça rodar a borracha de modo a que a marca existente no fio de nylon coincida com a borda do tubo; 6º - Peça ao colega que ative o cronómetro e meça o tempo que o corpo demora a descrever 20 voltas completas. 7º - Repita a experiência de modo a variar o raio da trajetória. 8º - Repita a experiência, com um corpo metálico de massa diferente.



Registo de dados:

Rolha de borracha pequena:

Massa da rolha (kg) Teste 3 Teste 4

Massa do corpo metálico: 0,150 kg

Raio: 1,08 m Raio: 0,32 m

0,02792 Tempo: 12,76 s Tempo: 7,38 s

Discussão de dados:

Frequência e período:

- Teste 1:

- Teste 2:

- Teste 3:

- Teste 4:

Velocidade angular:

-Teste 1:

/s

-Teste 2:

/s

-Teste 3:

/s

-Teste 4:

/s

Aceleração: -Teste 1: -Teste 2: -Teste 3: -Teste 4:

Massa da rolha (kg) Teste 1 Teste 2

Massa do corpo metálico: 0,1 kg

Raio: 0,65 m Raio: 0,17 m

0,0146 Tempo: 9,8 s Tempo: 6,33 s




1)

2) A partir da 2ª Lei de Newton, em que , sendo F a força resultante , m a

massa do corpo e a a aceleração que ele adquire, é possível com base nesta equação

calcular a aceleração, se soubermos a massa e a força, e podemos calcular a massa se

soubermos a aceleração e a força.

A aceleração relaciona-se com a massa da seguinte forma:

Através da 2ª Lei de Newton concluímos que a aceleração depende da massa do

objeto.

y = 164,79x + 3,4341 R² = 1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Ace

lera

ção

(m

/s2 )

Massa (kg)

Aceleração em função da massa



3) Para acompanhar a rotação da Terra, o satélite geoestacionário deve ter valores de

velocidade v e altitude r que satisfaçam tanto a Lei da Gravitação Universal, quanto

as Leis do Movimento, propostas pelo físico inglês Isaac Newton.

A Terra de massa M atrai o satélite de massa m com uma força gravitacional Fg que,

além de depender do produto das massas M e m, depende ainda do inverso do

quadrado da distância r entre o planeta e o satélite. G é uma constante universal que

tem um valor muito pequeno: 6,7 x 10-11 Nm2kg-2.

A força gravítica, Fg, é a única que atua no satélite. Aproximando esta órbita para uma

circunferência, a força Fg passa a ter caráter exclusivo de força centrípeta, Fc, que

pode ser expressa por:

e

A fórmula da aceleração centrípeta é:

Assim:

√

Esta expressão matemática mostra-nos que a velocidade de um satélite não depende

da sua massa, mas da massa do planeta em torno do qual orbita e da distância a que

se encontra do centro do mesmo.



Bibliografia:

- 11ºF, Física 11.º ano; Graça Ventura, Manuel Fiolhais, Carlos Fiolhais, João Paiva, António José Ferreira; Texto Editora

Relatório Atividades Laboratoriais 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 11º

Education

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