Relatório - Segunda Lei de Newton PDF

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Relatório de experimento prático, sobre a Segunda Lei de Newton....

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS INSTITUTO DE FÍSICA

SEGUNDA LEI DE NEWTON

DISCIPLINA: Laboratório de Física 1 ALUNO: Marcus Cezar Moreira Ferraz PROFESSOR: Samuel Teixeira de Souza CURSO: Engenharia Civil

Maceió, 12 de março de 2019

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS INSTITUTO DE FÍSICA

SEGUNDA LEI DE NEWTON

Relatório referente ao experimento acima citado, realizado no laboratório de Física 1, sob a orientação do professor Samuel Teixeira de Souza.

Maceió, 12 de março de 2019

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO TEÓRICA ......................................................................................... 3 2. OBJETIVO ................................................................................................................... 3 3. MATERIAL UTILIZADO ........................................................................................... 3 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ....................................................................... 4 4.1 RELAÇÃO ENTRE FORÇA RESULTANTE E ACELERAÇÃO.........................4 4.2 RELAÇÃO ENTRE ACELERAÇÃO E MASSA...........................................4 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................ 4 6. CONCLUSÃO .............................................................................................................. 7 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 8

1. INTRODUÇÃO TEÓRICA No dia 19 de fevereiro de 2019 por volta das 09:20 horas foi realizada uma atividade experimental com a turma de Engenharia Civil 2018.2 da UFAL no Instituto de Física, onde os alunos puderam aplicar seu conhecimento científico sobre a Segunda Lei de Newton. O experimento foi conduzido pelo Professor Samuel Teixeira de Souza que auxiliou a turma na conclusão de todos os processos. Segundo a 2ª Lei de Newton, é possível medir a aceleração de um corpo se deste mesmo for conhecida a massa e a força resultante aplicada seguindo a expressão: 𝐹𝑟 = 𝑚 × 𝑎 Onde m é a massa do corpo e a é a aceleração. Note que quando a força resultante é nula então não há aceleração e o corpo está em um movimento retilíneo uniforme sem a ação de forças (1º Lei de Newton Lei da Inércia). A relação entre essas variáveis pode ser usada para explicar a mecânica envolvida em muitas colisões, de pessoas jogando futebol americano a acidentes automobilísticos. Também é muito útil quando queremos saber como acelerar rapidamente ou como criar bastante força com o menor esforço possível. Nesta atividade experimental, a verificação da 2a lei de Newton é feita a partir da determinação da aceleração do sistema de massa constante para vários valores da força resultante.

2. OBJETIVO Investigar as relações de proporcionalidade entre as grandezas físicas descritas pelas Segunda Lei de Newton.

3. MATERIAL UTILIZADO 1. Trilho 120 cm; 2. Cronômetro digital multifunções com fonte DC 12 V; 3. Sensores fotoelétricos com suporte fixador (S1 e S2); 4. Eletroímã com bornes e haste; 5. Fixador de eletroímãs com manípulo; 6. Chave liga-desliga; 7. Y de final de curso com roldana raiada; 8. Suporte para massas aferidas - 9 g; 9. Massa aferida de 10 g com furo central de 2,5 mm; 10. Massas aferidas de 20 g com furo central de 2,5 mm de diâmetro; 11. Massas aferidas de 10 g com furo central de 5 mm de diâmetro; 12. Massas aferidas de 20 g com furo central de 5 mm de diâmetro; 13. Massas aferidas de 50 g com furo central de 5 mm de diâmetro; 14. Unidade de fluxo de ar; 15. Cabo de força tripolar 1,5 m; 16. Pino para carrinho para fixá-lo no eletroímã; 3

17. Carrinho para trilho de ar; 18. Pino para carrinho para interrupção de sensor.

4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1 RELAÇÃO ENTRE FORÇA RESULTANTE E ACELERAÇÃO Inicialmente, os equipamentos foram montados. Em seguida, utilizou-se a balança de precisão para determinar as massas do carrinho e do porta-peso, em cada situação. Posteriormente, o sensor 2 foi posicionado com uma distância Δx=0,3m do pino central do carrinho. Em seguida, foi colocado no porta-peso massa aferida de 20 g e anotado a força resultante sobre o corpo. Logo após, fixado o carrinho no eletroímã e ajustar a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho não fique muito fixo e acrescentado nos pinos do carrinho duas massas de 20 g e duas massas de 10 g. Com os pesos nos pinos do carrinho, o sistema de fluxo de ar e o cronômetro foram ligados para ajuste, o fluxo de ar deve estar no penúltimo nível. Na sequência, desligou-se o eletroímã, liberando o carrinho e anotou-se o resultado apresentado no cronômetro. Logo após, o cronômetro foi resetado e os passos anteriores foram repetidos até obter 3 valores de tempo. Posteriormente, foram transferidas as massas do carrinho para o porta-peso e determinados 3 valores de tempo para cada transferência. 4.2 RELAÇÃO ENTRE ACELERAÇÃO E MASSA Inicialmente, os equipamentos foram montados. Em seguida, utilizou-se a balança de precisão para determinar as massas do carrinho e do porta-peso, em cada situação. Posteriormente, o sensor 2 foi posicionado com uma distância Δx=0,3m do pino central do carrinho. Em seguida, foi colocado no porta-peso duas massas aferidas de 20 g e anotado a força resultante sobre o corpo. Logo após, foi fixado o carrinho no eletroímã e ajustado a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho não fique muito fixo. Na sequência, desligou-se o eletroímã, liberando o carrinho e anotou-se o resultado apresentado no cronômetro. Adiante, o cronômetro foi resetado e os passos anteriores foram repetidos até obter 3 valores de tempo. Posteriormente, foram acrescentados massas aferidas de 10g(duas vezes) e 20g(duas vezes) ao carrinho e repetido os processos anteriores para obtenção de 3 valores de tempo para cada acréscimo de massa.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES Finalizado todos os procedimentos, anotou-se na tabela os valores dos tempos, tal como, foram calculados o tempo médio (Tm), a aceleração(a), Fr/a e o M.a. Tempo Médio: 𝑇𝑚 = Aceleração: 𝑎 =

2×Δx 𝑇𝑚2

𝑇1+𝑇2+𝑇3 3

TABELA 1 Δx(m)

0,3

M(kg)

Fr(N) 0,27185 0,36505 0,30217 0,46432 0,66287 0,86181

T1(s) 0,826 0,717 0,626 0,535 0,462

T2(s) 0,806 0,706 0,625 0,527 0,459

T3(s) 0,817 0,706 0,625 0,529 0,460

Tm(s) 0,81633 0,70967 0,62533 0,53033 0,46033

a(m/s²) 0,90036 1,19136 1,53436 2,13331 2,83143

Fr/a (kg) 0,30193 0,30641 0,30261 0,31072 0,30437 0,30521

TABELA 2 Δx(m)

0,3

M(kg) 1/M(kg^-1) Fr(N) 0,26206 3,81592 0,27163 3,68148 0,28170 3,54988 0,46883 0,30200 3,31126 0,32329 3,09320

T1(s) 0,585 0,593 0,606 0,626 0,645

T2(s) 0,586 0,593 0,625 0,625 0,644

T3(s) 0,586 0,593 0,625 0,622 0,644

Tm(s) 0,58567 0,59300 0,61867 0,62433 0,64433

a(m/s²) 1,74924 1,70625 1,56761 1,53928 1,44521 M.a(N)

M.a(N) 0,45841 0,46347 0,44160 0,46486 0,46722 0,45911

Utilizando os dados obtidos nas tabelas, construímos, para cada tabela, os respectivos gráficos. Tabela 1:

O gráfico do experimento nos permite mostrar que as grandezas força resultante e aceleração são diretamente proporcionais. Como F = m.a é uma função do 1º grau, o gráfico da intensidade (F) da força aplicada a um corpo, em função de sua aceleração (a) é uma reta inclinada cuja inclinação

ou coeficiente angular representa a massa do corpo, que é uma constante de proporcionalidade. Assim, a força resultante que atua sobre um corpo é equivalente ao produto de sua massa pela aceleração adquirida.

Tabela 2:

6. CONCLUSÃO Com base nos dados e nos resultados obtidos no experimento, pode-se verificar que a aceleração de um corpo depende da força resultante aplicada sobre ele, sendo a Segunda Lei de Newton fundamental para a Mecânica, pois a partir dela e através de métodos matemáticos, podemos fazer previsões (velocidade e posição, por exemplo) sobre o movimento dos corpos. Qualquer alteração da velocidade de uma partícula é atribuída, sempre, a um agente denominado força. Basicamente, o que produz mudanças na velocidade são forças que agem sobre a partícula. Como a variação de velocidade indica a existência de aceleração, é de se esperar que haja uma relação entre a força e a aceleração. Portanto, Isaac Newton percebeu que existe uma relação muito simples entre força e aceleração, isto é, a força é sempre diretamente proporcional à aceleração que ela provoca, comprovando sua lei.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GOUVEIA, Rosimar. Segunda Lei de Newton. Toda Matéria. Disponível em: < https://www.todamateria.com.br/segunda-lei-de-newton/>. Acesso em: 08/03/2019....