Quadro de forças PDF

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Relatório de física prática 2 sobre quadro de forças...

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA (UFRB) CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS (CETEC) GCET-095 (P) - FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL I

RELATÓRIO DE ATIVIDADE PRÁTICA QUADRO DE FORÇAS

Cruz das Almas /BA 2018

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO…………………………………………………………………….... 2. OBJETIVOS………………………………………………………………………….

3. 4. 5. 6. 7.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL……………………………………………... RESULTADOS………………………………………………………………………. CONCLUSÃO……………………………………………………………………….. REFERÊNCIAS……………………………………………………………………… APÊNDICES………………………………………………………………………….

1. INTRODUÇÃO Nesta seção será realizado uma revisão teórica dos conteúdos estudados no experimento.

Forças são definidas como grandezas vetoriais na Física. Com efeito, uma força tem módulo, direção e sentido e obedecem as leis de soma, subtração e multiplicação vetorial da álgebra. Este é um conceito de extrema importância, pois mostra o movimento ou comportamento de um corpo pode ser estudado em função da somatória vetorial das forças atuantes sobre ele, e não de cada uma individualmente. Por outro lado, para obter forças resultantes, utiliza-se a lei dos cossenos e a regra do paralelogramo. Qualquer ponto material fica em equilíbrio quando exerce sobre ele uma força F. Mostrando que o módulo de F seja tal que F = P. Temos assim, atuando sobre o ponto, duas forças de mesmo módulo, mesma direção e sentidos contrários que a resultante das forças atuantes nesse ponto é nula, isto é, R = 0. Pela primeira lei de Newton, é provado que todo ponto material estará em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Se o sistema está em equilíbrio e não apresenta movimento. Conclui-se que nenhuma força resultante age sobre ele. Assim, a força equilibrante Fe anula completamente a força peso F1. Isaac Newton desenvolveu o princípio das forças em 1666 dc, tomando como base as leis de Galileu, relativas à queda dos corpos, e às leis de Kepler, a respeito do movimento dos planetas. Essas leis formam o verdadeiro alicerce da física e da engenharia, e consideradas com uma das maiores descobertas científicas de todos os tempos 2. OBJETIVO GERAL -

Medir grandezas físicas utilizando os instrumentos adequados e apresentar corretamente os valores medidos de acordo com as regras da Teoria de Erros.

-

Verificar experimentalmente o equilíbrio de forças usando um dispositivo conhecido como quadro de forças.

2.1 OBJETIVO ESPECÍFICO -

Operar com vetores a partir de exemplos experimentais. Obter a força resultante experimental gerada a partir de duas ou mais forças. Calcular, pelos métodos geométrico e analítico, o vetor força resultante.

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Nesta seção será descrita todo o procedimento realizado durante o experimento, quais tipos de materiais foram usados no processo, os instrumentos de medidas e os tipos e quantidade de medidas realizadas.

Materiais utilizados • Painel de forças NDF III com disco transferidor acoplado. • Tripe universal Delta-Max. • Conjunto de massas acopláveis. • Gancho de engate rápido para acoplamento de massas. • Dinamômetros com fixação magnética. • Fios de poliamida com anéis. • Papel milimetrado. • Balança digital

Figura 1: Esquema do aparato experimental.

EQUILÍBRIO DE DUAS FORÇAS Para realizar este procedimento foi necessário familiarize-se com o uso de cada instrumento de medida determinando seu estado de uso, sua escala e sua menor divisão de escala. Logo após foi anotado a escala, a menor divisão da escala e o erro associado de cada instrumento de medida na folha de dados. E dando segmento ao experimento foi necessário o ajuste a escala dos dinamômetros, com isso montou-se o quadro de força com um dinamômetro com fixação magnética

conectado a um gancho de engate rápido usando um fio de poliamida com anéis. Adicionou -se uma massa conhecida no suporte de massa acopláveis e ajustou-se a posição angular do dinamômetro para que o centro do anel coincida com o centro do disco transferidor (posição de equilíbrio). É preciso atenção, para realizar o ajuste dos dinamômetros para que possam de modo não ficarem tortos e nem pegando nas bordas, e com isso foi anotado na tabela 4.2 os valores da massa adicionada no gancho, da força no dinamômetro e das posições angular do dinamômetro e do gancho. EQUILÍBRIO ENTRE TRÊS FORÇAS Para este procedimento foi necessário o ajuste a escala dos dinamômetros, e a montagem do quadro de força com dois dinamômetros com fixação magnética conectado a um gancho de engate rápido através de um fio de poliamida com anéis, conforme ilustrado na Figura 1. Nomeamos os dois dinamômetros e o gancho de engate rápido de ~F1, ~F2 e ~F3, respectivamente. Colocou -se o dinamômetro 1 (um) na posição angular 40º (quarenta graus) e o dinamômetro 2 (dois) na posição angular 90º (noventa graus). Em seguida, foi acrescentado uma massa conhecida no gancho de massas acopláveis. Mantemos a posição angular de ~F3 fixa e ajustamos as posições dos dinamômetros até que o centro do anel coincidisse com o centro do disco com transferidor (posição de equilíbrio). Em seguida, foi medido e anotado na Tabela 4.3 o ângulo entre ~F1 e ~F2.

4. RESULTADOS Neste espaço serão registrados todos os resultados obtidos através das medidas. Tabela 4.1: Dados experimentais referentes às massas dos pesos utilizados. MG(1)

MG(2)

MG(3)

MG(4)

MG(5)

0.022

0.022

0.050

0.050

0.050

Tabela 4.2: Dados experimentais referentes ao equilíbrio de duas forças coplanares. Medidas

Gancho

Gancho

Dinamômetro

Dinamômetro

Massa (kg)

Ângulo(º)

Massa (kg)

Ângulo (º)

1º

0,024

90°

0,22 N

90°

2º

0,044

90°

0,43 N

90°

3º

0,094

90°

0,94 N

90°

4º

0,144

90°

1,42 N

90°

5º

0,194

90°

1,92 N

90°

A partir daqui, utilizando as fórmulas de P3 = m3*g, foi calculado o módulo da força de equilíbrio, para que pudesse ser feito a comparação com o valor do módulo da força marcada no dinamômetro. Adotamos g = 9.78 m/s2. M3*g 1°- 2.15 kg 2°- 4.30 kg 3°- 9.19 kg 4°- 13.89 kg 5°- 18.78 kg O dinamômetro indica o valor da tração na qual elas foram submetidas, sendo mais específico, apenas a tração. Nos resultados apresentados, o módulo da força peso foi diferente da medida pelo instrumento, isto mostra que o resultado obtido no dinamômetro representa o que se chama de peso aparente do instrumento, ou seja, sua irreal sensação de peso naquele momento. A relação entre a posição angular da força peso e da força exercida pelo dinamômetro é que enquanto maior for o paralelismo do ângulo, maior a eficácia do dinamômetro e menor deformação do mesmo. Se as forças não fossem coplanares não poderia haver equilíbrio, pois para um corpo ter equilíbrio é necessário que as forças resultantes que atuam sobre ele sejam nulas

Tabela 4.3: Dados experimentais referentes ao equilíbrio de três forças coplanares. Medidas

Gancho

m.g

Posição Angular(º)

➞ IFRI (N)

➞ IF1I

➟ IF2I

➔ IF3I

⦽1

⦽2

⦽3

1°

0,06

0,04

0.22

40°

30°

90°

0.08

2°

0,08

0,06

0.44

40°

30°

90°

0.12

3°

0,26

0,12

0.94

40°

30°

90º

0.32

4°

0,38

0,38

1.42

40°

30°

90º

0.54

5°

0,62

0,60

1.92

40°

30°

90º

0.74

Aplicando a Regra do Paralelogramo na respectiva força F1 e F2, foi obtido o vetor força resultante, adotando g = 9,78 m/s2, e comparou-se com o módulo do valor da força F3 obtido no experimento, * Para que o sistema permaneça em equilíbrio, F3 e a força resultante deve ser nula, então é necessário que as forças sejam coplanares para que seja possível manter o equilíbrio. Para obter o módulo da força resultante gerada por F1 e F2, deve ser utilizada juntamente com a Regra do Paralelogramo, a metodologia analítica. Que nos dará que o resultado da força resultante será de 6.34 N . Em seguida, foi utilizado a Lei dos Cossenos, para calcular o módulo da força resultante produzidas pelas forças F1 e F2, comparando com os valores obtidos no experimentos, conclui-se que o módulo da força resultante é igual a 4,05 N. O erro relativo percentual de F3 em relação ao valor teórico (Fr) obtido foi: %error= 0.21* 100 = 21, e as possíveis e principais causas dos desvios estão relacionadas a erros no procedimento experimental, como erros técnicos, como também devido a falta de balanceamento dos dinamômetros, entre outros fatores. 5. CONCLUSÃO Os experimentos realizados puderam demonstrar as fórmulas e teorias algébricas da composição e decomposição de vetores, ou seja, a soma vetorial e a resultante de vetores. Foi possível experimentar várias configurações diferentes de pesos e ângulos e observar de imediato as alterações e influência, registradas no dinamômetro. O experimento com forças concorrentes foi de especial valia, pois com ele podia-se vislumbrar o efeito na resultante do ângulo formado pelas forças e serviu de comprovação irrefutável do ângulo fixo e constante que equilibra três forças de mesmo módulo e origem.

6. REFERÊNCIAS

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; W ALKER, Yearl. Fundamentos de física, v.1. Rio de Janeiro: LTC, 7ª edição. https://www.eecis.udel.edu/~portnoi/academic/academic-files/forces.html

7. APÊNDICES O processo de efetuação dos cálculos neste relatório foi devido as seguintes equações: Regra do Paralelogramo: Fr2 = (F1)2 + (F2)2 + 2*(F2)*(F1)*Cos do ângulo entre F1 e F2 Lei dos cossenos: Fr2 = (F1)2 + (F2)2 - 2*(F2)*(F1)*Cos do ângulo entre F1 e F2 Desvio padrão:

Figura (2)

Erro relativo percentual:

Figura(3)...