3 a fase prova experimental para alunos da 2 a série

Transcrição

1 Olimpíada Brasileira de Física a fase - 2ªsérie - Experimental 01 3 a fase prova experimental para alunos da 2 a série Experimento Condições de Equilíbrio LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES ABAIXO: 1 Esta prova destina-se exclusivamente a alunos da 2ª. série. 2 Confira o material fornecido. Caso ele não esteja de acordo com as instruções, chame o professor/fiscal. 3 Leia com atenção as observações relativas à montagem e calibração de instrumentos. Na prova são apresentados diversos procedimentos experimentais que exigem montagens e medidas, seguidos de questões que devem ser respondidas no caderno de resultados. Leia e execute o que é solicitado em cada procedimento experimental e responda as questões a ele associadas para só então passar para o próximo procedimento experimental. Caso haja algo que não esteja claro, não inicie o experimento e procure o professor/fiscal que está aplicando a prova para esclarecer sua dúvida. 4 Os resultados devem ser apresentados no Caderno de Resultados que se encontra em separado. No final, apenas o caderno de resultados deverá ser entregue ao professor/fiscal. 5 A duração desta prova é de duas horas e trinta minutos, mas você deve permanecer na sala por pelo menos 60 minutos. Boa Prova!!!!

2 Olimpíada Brasileira de Física a fase - 2ªsérie - Experimental 02 Introdução Imagine uma gangorra na qual estejam brincando duas crianças, uma de cada lado. Mesmo com massas (e conseqüentemente pesos) diferentes, elas conseguem, se quiserem, manter a gangorra em repouso na horizontal. Para isso é necessário que se posicionem adequadamente em relação ao eixo de rotação da gangorra. Essa é uma aplicação prática das condições de equilíbrio do corpo rígido ou seja, para que um corpo permaneça em equilíbrio, a resultante das forças que nele atuam deve ser nula e a resultante dos momentos estáticos aos quais ele fica sujeito também. O estado de movimento de translação ou de repouso de uma partícula se altera quando a resultante das forças que nela atuam é diferente de zero. Por sua vez, o estado de movimento de rotação ou de repouso de um corpo rígido se altera quando a resultante dos momentos estáticos das forças que nele atuam é diferente de zero. O agente desta alteração da rotação é o momento estático de uma força, grandeza física associada às modificações das características do movimento de rotação que essa força é capaz de provocar num corpo. Na prática, um corpo rígido fica submetido a diversas forças, que geram diversos esforços e diversos momentos estáticos, algumas imprimindo ao corpo, em relação a um determinado ponto, uma tendência de movimento de rotação em sentido horário e outras, em sentido anti-horário. O momento resultante e consequentemente a definição do sentido (ou da tendência) do movimento de rotação do corpo rígido é obtido pela soma de todos os momentos - anti-horários (considerados positivos) e horários (considerados negativos) - a que o corpo fica submetido. Quando o momento resultante é nulo, o corpo fica em equilíbrio de rotação. Se a resultante das forças atuantes também for zero, o corpo também estará em equilíbrio de translação. No caso do exemplo da gangorra, a manutenção do repouso, tanto de translação quanto de rotação, foi conseguida porque a resultante das forças atuantes vale zero e o momento estático gerado no sentido horário foi de mesmo valor que o gerado em sentido anti-horário, ou seja, a resultante dos momentos atuantes na gangorra vale zero. Objetivos I - Verificar as condições de equilíbrio de um corpo rígido II - Determinar o peso de uma barra Material - 2 bases (1) - 2 hastes (2) - 2 porcas-borboleta (3) - 2 garras (4) - 1 pendurador (5) - 1 travessão (6) - 3 ganchos de peso 0,04 N (7) - 10 metálicas (8) - 1 régua milimetrada de 30 cm (9) - 1 dinamômetro de 1 N (10)

3 Olimpíada Brasileira de Física a fase - 2ªsérie - Experimental 03 Montagem O experimento será realizado montando-se dois conjuntos base-haste-garra. Prenda as hastes nas bases usando as porcas-borboleta. Prenda as garras na parte superior de cada uma das hastes. Calibração do dinamômetro Pendure o dinamômetro na garra. Deixe a escala do dinamômetro na altura de seus olhos movendo-o para cima ou para baixo. Ajuste o zero do dinamômetro movendo o parafuso de regulagem com o dinamômetro na vertical. Ele estará zerado quando o traço que define o zero da escala coincidir com o começo do tubo metálico. Antes de fazer medidas com o dinamômetro, habitue-se com sua escala. Verifique que sua maior medida é em torno de 1 N e que cada divisão indica incrementos de 0,01 N. Procedimento Experimental I Determinação dos pesos das 1. Use um conjunto base-haste-garra. Encaixe o anel superior do dinamômetro na garra (às vezes é preciso fazer um pouco de esforço para que o anel se encaixe na abinha da garra) 2. Identifique cada uma das, nelas escrevendo, com um lápis, A 1, A 2,... A 10. Esses serão os códigos das. 3. Suspenda cada uma delas com o dinamômetro e registre os seus respectivos pesos na Tabela 1. Tabela 1 Arruela Peso (N) Arruela Peso (N) A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 Responda, no Caderno de Resoluções e no local indicado, a QUESTÃO 1 Cuidados na realização dos procedimentos experimentais que seguem Para realizar boas medidas, ao prender o gancho no travessão, tanto para suspendê-lo quanto para pendurar as, deixe a parte maior voltada para você (as pontas do gancho ficarão voltadas para trás veja foto). Para facilitar sua atividade, com uma das mãos segure o travessão, enquanto com a outra você efetua as operações seguintes. Para efeito de padronização de informação e das atividades, convencionaremos que, olhando a montagem de frente, será denominado lado 1 o que fica à esquerda e lado 2 o que fica do lado direito da haste. Se você achar conveniente, anote essa convenção, à lápis, no travessão (não se esqueça de apagá-las ao final da prova)

4 Olimpíada Brasileira de Física a fase - 2ªsérie - Experimental 04 Procedimento experimental II - Equilíbrio de momentos estáticos 1. Retire o dinamômetro do conjunto base-haste-garra. Na garra, coloque o pendurador e nele suspenda o travessão pelo furo central. 2. Coloque dois ganchos no travessão, um do lado 1 e outro do lado Pendure duas no gancho do lado 1 e três no gancho do lado 2. Indique na Tabela 2 os códigos das que foram penduradas. 4. Faça com que o travessão fique em equilíbrio, na horizontal, deslocando adequadamente os ganchos que sustentam as. 5. Com a régua, meça, até ao milímetro, as distâncias dos ganchos até o furo central, tanto do lado 1 (d 1 ) quanto do lado 2 (d 2 ). Registre esses valores na Tabela 2, prestando atenção à unidade de medida solicitada na tabela. 6. Mude as quantidades de conforme o indicado na Tabela 2 e repita as atividades e 4 e 5. Seqüência n o de lado 1 Códigos das colocadas Tabela 2 d 1 (m) n o de lado Códigos das colocadas d 2 (m) Responda, no Caderno de Resoluções e no local indicado, a QUESTÃO 2 Procedimento Experimental III Determinação do peso do travessão Nessa experiência será usado apenas um conjunto base-haste-garra. Considere as seguintes conceituações: o Diferença = módulo da diferença entre o valor de referência e o valor obtido: Diferença = valor de referência valor obtido o Diferença relativa = diferença / valor de referência o Diferença relativa percentual = diferença relativa X 100% 1. Retire as e os ganchos do travessão. Suspenda o travessão pelo furo situado à direita do furo central. Coloque um gancho no lado 2 do travessão. 2. Pendure duas no gancho e deixe o travessão em equilíbrio horizontal. 3. Meça a distância da garra ao eixo de rotação do travessão quando conseguir o equilíbrio horizontal e registre essa medida (d 2 ) na Tabela Repita as atividades 2 e 3 com outra quantidade de. Sequência quantidade 1 2 Tabela 3 Códigos colocadas Peso das mais gancho P 2 (N) d 2 (m) Retire a garra e as e pendure o travessão no dinamômetro. Determine o seu peso e anote o valor obtido no quadro abaixo, denominando-o T DIN Peso do travessão no dinamômetro = T DIN N * Será denominado de T DIN o peso do travessão determinado no dinamômetro. Responda, no Caderno de Resoluções e no local indicado, a QUESTÃO 3.

5 Olimpíada Brasileira de Física a fase - 2ªsérie - Experimental 05 Procedimento Experimental IV Verificação da condição de equilíbrio de translação Cuidados na realização dos procedimentos experimentais que seguem No decorrer das práticas, cuide para que o gancho esteja sempre perpendicular ao travessão. Para conseguir isso, é necessário afastar ou aproximar as bases e as hastes. Para facilitar as medidas, antes de fazer a montagem, marque no travessão, com um lápis, pontos situados a 5 cm, a 10 cm e a 15 cm do furo central do travessão, tanto do lado 1 quanto do lado 2. Nessa experiência serão usados dois conjuntos base-haste-garra. 1. Num dos conjuntos base-haste-garra, encaixe o anel superior do dinamômetro na garra (às vezes é preciso fazer um pouco de esforço para que o anel se encaixe na abinha da garra) 2. Na parte inferior do dinamômetro, coloque um gancho para suspender o travessão. 3. Na garra móvel do outro conjunto base-haste-garra, coloque também um gancho. 4. Suspenda o travessão por meio dos dois ganchos. Nessa experiência, tomando como referência o furo central do travessão, o gancho preso à haste ficará no lado 1 e o gancho preso ao dinamômetro ficará no lado Posicione (e mantenha durante todo esse procedimento experimental) o gancho do lado 1 a 5 cm do furo central do travessão. 6. Posicione o gancho do lado 2 (o que está vinculado ao dinamômetro) a 5 cm do furo central do travessão. 7. Movendo adequadamente as garras (para cima ou para baixo) deixe o travessão na horizontal. 8. Registre na Tabela 4 o valor indicado pelo dinamômetro F DIN quando conseguir deixar o travessão na horizontal. 9. Repita as atividades 6 a 8 movendo o gancho do lado 2 para pontos situados a 10 cm e a 15 cm do furo central do dinamômetro. Confira também se o gancho do lado 1 continua 5 cm à esquerda do furo central. Tabela 4 Seqüência d 1 (m) d 2 (m) F DIN (N) 1 0,050 0, ,050 0, ,050 0,150 Responda, no Caderno de Resoluções e no local indicado, a QUESTÃO 4.

6 Olimpíada Brasileira de Física a fase - 2ªsérie - Experimental 06 Procedimento Experimental V Verificação da condição de equilíbrio de rotação Nessa experiência serão usados dois conjuntos base-haste-garra e também são válidas as observações relativas ao procedimento experimental anterior. A montagem básica desse procedimento é a mesma do procedimento anterior. 1. Use um conjunto base-haste-garra. Encaixe o anel superior do dinamômetro na garra (às vezes é preciso fazer um pouco de esforço para que o anel se encaixe na abinha da garra) 2. Na parte inferior do dinamômetro, coloque um gancho para suspender o travessão. 3. Na garra móvel do outro conjunto base-haste-garra, coloque também um gancho. 4. Suspenda o travessão por meio dos dois ganchos. Nessa experiência, tomando como referência o furo central do travessão, o gancho preso à haste ficará no lado 1 e o gancho preso ao dinamômetro ficará no lado Posicione (e mantenha durante todo esse procedimento experimental) os ganchos, tanto do lado 1 quanto do lado 2, a 10 cm do furo central do travessão. 6. Nessa situação, deixe o travessão em equilíbrio horizontal, movimentando para cima e para baixo, se for preciso, as garras que sustentam o travessão. Anote na Tabela 5 o valor acusado pelo dinamômetro quando conseguir o equilíbrio horizontal do travessão. 7. Coloque mais um gancho entre os dois anteriores. Esse novo gancho deve ficar a uma distância d A = 5 cm à esquerda daquele que está ligado ao dinamômetro. Neste novo gancho, pendure as A1 e A2. 8. Movendo adequadamente as garras (para cima ou para baixo), deixe o travessão novamente na horizontal. 9. Registre na Tabela 5 o valor indicado pelo dinamômetro (F DIN ) quando conseguir deixar o travessão na horizontal. 10. Repita as atividades 8 e 9 acrescentando ao gancho as A3 e A Repita as atividades 8 e 9 acrescentando ao gancho as A5 e A6. Seqüência Tabela 5 Quantidade de Arruelas F DIN (N) Responda, no Caderno de Resoluções e no local indicado, a QUESTÃO 5.