11º Ano novembro de Selecione a única alternativa que refere o intervalo de tempo em que terá ocorrido o embate do corpo P com o solo.

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1 AGRUPAMENO DE ESCOLAS JOÃO DA SILVA CORREIA DISCIPLINA Física e Química A Ficha de trabalho da componente Laboratorial de Física: AL 1.1, AL1. e AL1.3 e outras 11º Ano novembro de Para investigar se um corpo se pode manter em movimento quando a resultante do sistema de forças que sobre ele atua é nula, um grupo de alunos fez a montagem representada na Figura 1, utilizando material de atrito reduzido. Figura 1 Os alunos tiveram o cuidado de utilizar um fio F de comprimento tal que permitisse que o corpo P embatesse no solo, antes de o carrinho C chegar ao fim da superfície horizontal, sobre a qual se movia. Com os dados fornecidos pelo sensor S, obtiveram, num computador, o gráfico do valor da velocidade do carrinho, em função do tempo, representado na Figura. Figura 1.1. Selecione a única alternativa que refere o intervalo de tempo em que terá ocorrido o embate do corpo P com o solo. (A) [0,1; 0,] s (B) [0,7; 0,8] s (C) [1,1; 1,] s (D) [1,6; 1,7] s 1.. Por que motivo «os alunos tiveram o cuidado de utilizar um fio F de comprimento tal que permitisse que o corpo P embatesse no solo, antes de o carrinho C chegar ao fim da superfície horizontal, sobre a qual se movia»? 1

2 1.3. Analise os resultados obtidos pelos alunos, elaborando um texto no qual aborde os seguintes tópicos: identificação das forças que atuaram sobre o carrinho, antes e depois do embate do corpo P com o solo; identificação dos dois tipos de movimento do carrinho, ao longo do percurso considerado, explicitando os intervalos de tempo em que cada um deles ocorreu; resposta ao problema proposto, fundamentada nos resultados da experiência.. Para investigar se o valor da aceleração da gravidade depende da massa dos corpos em queda livre e da altura de queda, um grupo de alunos usou duas células fotoelétricas, X e Y, ligadas a um cronómetro digital, e diversas esferas de um mesmo material, mas com diâmetros diferentes. A Figura 3 representa um esquema da montagem utilizada. (Exame de Física e Química A, ª Fase, Versão 1) Figura 3 Os alunos começaram por medir, com uma craveira, o diâmetro, d, de cada uma das esferas. Realizaram, seguidamente, diversos ensaios, para determinarem: o tempo que cada esfera demora a percorrer a distância entre as células X e Y, Δt queda ; o tempo que cada esfera demora a passar em frente à célula Y, Δt Y. Os alunos tiveram o cuidado de largar cada esfera sempre da mesma posição inicial, situada imediatamente acima da célula X, de modo a poderem considerar nula a velocidade com que a esfera passava nessa célula (v X = 0).

3 .1. Para uma dada esfera, os alunos obtiveram os valores mais prováveis do diâmetro, d, e do tempo de passagem da esfera pela célula Y, Δt Y : d =,860 cm Δt Y = 1, s d Os alunos usaram a expressão vy (que se refere a um movimento retilíneo uniforme) para t calcular um valor aproximado da velocidade, v Y, com que a esfera passa na célula Y Explique por que é possível utilizar-se aquela expressão no cálculo do valor aproximado da velocidade v Y..1.. Os alunos obtiveram, em três ensaios consecutivos, os valores de tempo que a esfera demora a percorrer a distância entre as células X e Y, Δt queda, apresentados na tabela seguinte. Calcule o valor experimental da aceleração da gravidade obtido pelos alunos a partir das medidas efetuadas... A tabela seguinte apresenta alguns dos valores experimentais da aceleração da gravidade, expressos em ms, obtidos pelos alunos, utilizando esferas de massas diferentes e alturas de queda diferentes. Selecione a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes, de modo a obter uma afirmação correta. A partir dos resultados experimentais obtidos, podemos concluir que o valor da aceleração da gravidade da massa dos corpos em queda e que da altura de queda. (A) depende depende (B) depende não depende (C) não depende depende (D) não depende não depende (Exame de Física e Química A, ª Fase, Versão 1) 3

4 3. Para estudar a relação entre o módulo da velocidade de lançamento horizontal de uma esfera e o seu alcance, um grupo de alunos montou, sobre uma mesa, uma calha polida, que terminava num troço horizontal, situado a uma determinada altura em relação ao solo, tal como esquematizado na figura seguinte (a figura não se encontra à escala). Junto à posição B, os alunos colocaram uma célula fotoelétrica ligada a um cronómetro digital e, no solo, colocaram uma caixa com areia onde a esfera, E, deveria cair. Figura 4 Os alunos realizaram vários ensaios nos quais abandonaram a esfera de diversas posições sobre a calha, medindo, em cada ensaio, o tempo, Δt, que a esfera demorava a passar em frente à célula fotoelétrica e o alcance do lançamento horizontal Num primeiro conjunto de ensaios, os alunos abandonaram a esfera, de diâmetro 7,0 mm, sempre da posição A sobre a calha. A tabela seguinte apresenta os tempos, Δt, que a esfera demorou a passar em frente à célula fotoelétrica. Calcule o valor mais provável do módulo da velocidade com que a esfera passa na posição B, em frente à célula fotoelétrica, quando é abandonada da posição A. 4

5 3.. Os alunos realizaram, ainda, outros conjuntos de ensaios, em cada um dos quais abandonaram a esfera de uma mesma posição sobre a calha. Para cada um desses conjuntos de ensaios, determinaram o módulo da velocidade de lançamento da esfera (módulo da velocidade com que a esfera passava na posição B) e o respetivo alcance. Os valores obtidos estão registados na tabela seguinte. Os alunos traçaram, na calculadora gráfica, o gráfico do alcance em função do módulo da velocidade de lançamento, obtendo a equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela Qual é o significado físico do declive da reta obtida? 3... Considere que a distância d representada na figura é 1,10 m. Considere que são desprezáveis todas as forças dissipativas e admita que a esfera pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). Calcule a altura máxima, h máx, em relação ao tampo da mesa, da qual a esfera pode ser abandonada, de modo a cair na caixa com areia. Comece por apresentar a equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela. (Exame de Física e Química A, ª Fase, Versão 1) 5

6 4. Para investigar como varia a energia cinética de um corpo com a distância percorrida sobre um plano inclinado, um grupo de alunos montou uma prancha flexível, de modo que uma parte formasse uma rampa com uma certa inclinação em relação à horizontal, como está representado na Figura 5. Os alunos abandonaram um carrinho, de massa 457,0 g, em diversos pontos da rampa, medindo, em cada caso, a distância, d, percorrida até ao final da rampa e o valor da velocidade, v, com que o carrinho aí chegava. Figura 5 Em três ensaios, realizados nas mesmas condições, os alunos mediram, com um sensor, os valores da velocidade, v, que se encontram registados na tabela seguinte. Obtenha o resultado da medição da velocidade. Exprima esse resultado em função do valor mais provável e da incerteza absoluta. (Exame de Física e Química A, ª Fase, Versão 1) 5. Numa atividade laboratorial, um grupo de alunos fez uma montagem experimental com um carrinho assente sobre uma placa giratória (semelhante a um prato de um gira-discos), que se move com velocidade angular constante, e ligado a um fio que por sua vez se encontra preso a um sensor de força. Os alunos mantiveram o período do movimento do carrinho constante, igual a 0,64 s, assim como a massa. Fizeram variar o comprimento do fio. Mediram para cada valor do raio da trajetória do centro de massa do carrinho a intensidade da força exercida sobre o carrinho. Os valores foram obtidos na tabela ao lado. 6

7 5.1. Selecione o gráfico que traduz corretamente a relação entre o módulo da velocidade do carrinho e o raio da trajetória. 5.. Porque se mantiveram constantes o período e a massa do carrinho? 5.3. Mostre que a expressão algébrica que traduz o módulo da resultante de forças exercidas sobre 4 rm o carro em função do raio, r, é, em que representa o período e m a massa do carrinho Com base no gráfico da intensidade da resultante das forças exercidas sobre o carrinho em função do raio da trajetória, determine o declive da reta de regressão linear correspondente Utilizando o declive encontrado na alínea anterior e a expressão que relaciona a força com outras variáveis, determine a massa do carrinho. Soluções de (A). Como o período é constante, o módulo da velocidade e o raio são diretamente proporcionais. r v π v constante r r π OU v v r v constante r 5. Para se estudar a relação entre a força resultante e o raio é necessário manter constantes as outras varáveis de que a força resultante possa depender. r 4 v 4 r 4 rm 5.3 F F F m a m m r c r c Fr m r r 5.4 y 8,68x 0,06 Fr 8,68r 0, 06 O declive da reta é 8,68 N m m 4 m 5.5 F r r. O declive é igual a 4 m 8,68 0,64 8,68 m 4 m 0,090kg 7