ESCOLA SECUNDÁRIA DE VIRIATO 11 º ANO Física e Química A 2009/2010. AL 1.4 Satélite geoestacionário.

Transcrição

1 ESCOLA SECUNDÁRIA DE VIRIAO 11 º ANO ísi e Quíi A 009/010 AL 1.4 Stélite geoestionário. Questão - proble U stélite geoestionário desreve u órbit proxidente irulr à ltitude de k e o período de 4 hors, independenteente d su ss. Confrontr est situção o de u orpo preso u bo sobre u pltfor rottiv de veloidde ngulr onstnte. Objetivos - Identifir s rterístis d forç que tu sobre u stélite geoestionário, onsiderndo que desreve u órbit irulr o veloidde ngulr onstnte; - Relionr o ódulo d elerção do oviento irulr do stélite o veloidde ngulr deste e o rio d su órbit; - Explir rzão pel qul u stélite e órbit irulr e torno d err te u veloidde orbitl independente d su ss. - Estbeleer diferenç entre s rterístis d forç exerid sobre o stélite pel err e por u bo nu orpo o oviento irulr unifore. Questões pré lbortoriis 1- U rrinho está sobre u gir - disos que se ove o oviento irulr unifore, preso o eixo entrl por u dinóetro. ) Consider o oviento do rrinho e torno do eixo entrl e o oviento de u stélite geoestionário e torno do entro d err. Que seelhnç e diferenç há ns forçs resultntes que tu sobre o rrinho e sobre o stélite? b) A veloidde de u stélite geoestionário dependerá d su ss? ) Coo poderis deterinr frequêni de rotção do gir disos? d) Coo é que, prtir d leitur do dinóetro, poderis deterinr elerção do rrinho? - Consider u oviento irulr unifore qulquer. ) Se veloidde ngulr duplir, e se o rio d trjetóri e ss do orpo fore onstntes, o que ontee à elerção? b) Se o rio d trjetóri for reduzido etde e veloidde ngulr e ss do orpo fore onstntes, o que ontee à elerção? Observ figur o ldo. A Pltfor rottiv (1) gir nu eixo de bixo trito. Sobre pltfor são olods dus sss iguis ( e 3). U ds sss () pode over-se livreente o longo d pltfor e está ligd u sensor de forç (4) trvés de u grpo espeil (5) que evit que o bo (6) ligdo o sensor de forç se enrole e si eso qundo o siste está e oviento. A outr ss (3) está fix n outr extreidde d pltfor e serve pens pr equilibrr o siste. O pino (7) vi intersetr o feixe de luz d élul fotoelétri que foi olod n bse d pltfor rottiv

2 Mteril - Pltfor rottiv o otor - Msss rds (dus de d): 5 g; 10g; 0 g - Célul fotoelétri o bo de ligção o srt tier - Contdor digitl de tepo (Srt ier) - onte de lientção de tensão vriável (0 1 v) e bos de ligção o otor - Cbo de ligção d ss rd o sensor de forç rblho Lbortoril/ registos e álulos - Sensor de forç - Bse robust e hste de ço - Cluldor gráfi e CBL - Cbos de ligção do sensor de forç o CBL e deste à luldor 1 - Observr ontge experientl d pltfor rottiv e do sensor de forç no suporte (figur). Ligr fonte de lientção o otor d pltfor rottiv. Verifir se o botão d fonte se enontr no vlor de tensão íni pois é ness posição que deve estr qundo se lig fonte. Pr ensios e que tensão seleionr sej superior, rod-se o botão progressivente. Depois de qulquer ensio, esse botão deve ser roddo, de novo progressivente, pr o seu vlor ínio, ntes de desligr fonte. 3 Ligr o sensor de forç à interfe CBL e est à luldor gráfi. Seleionr, e APPS d luldor, o progr DAAMAE e verifir ligção do sensor o nl do CBL esolhido. 4 Ligr élul fotoelétri o ontdor digitl de tepo (srt tier). Seleionr IME, odo PENDULUM. Co est seleção, será registdo no visor o tepo que pltfor rottiv deor dr dus volts oplets o dobro do período do oviento. 5 Registr os vlores d ss e do rio d irunferêni que vi desrever. 6 - Verifir se o sensor de forç r zero ntes de olor pltfor rodr. Cso não rque zero, registr o vlor indido. Este será desontdo o vlor édio d forç luldo. 7 - Color pltfor rottiv e oviento, ionndo o botão ON d fonte de lientção. Vrir tensão progressivente té o vlor pretendido. 8 Usr o botão strt/stop do sr tier pr registr ino edids do tepo (de dus volts) pr d ensio. Estes ddos peritirão deterinr o vlor édio do período do oviento. 9 Registr ino edids d intensidde d forç plid no sensor. Co els será deterindo o vlor édio d forç entrípet exerid n ss o oviento irulr unifore. 10 Deterinr veloidde ngulr do oviento, usndo o vlor édio do período. Registr tbé o vlor do qudrdo d veloidde ngulr. 11 Aplir ª lei de Newton pr obter elerção entrípet do oviento prtir do vlor édio d forç entrípet. 1 Clulr intensidde d forç exerid pelo bo sobre ss, usndo relção = w r. Coprr o o vlor obtido e 9. Clulr o erro perentul. Experiêni 1: Aelerção entrípet versus veloidde ngulr 1 Color de bos os ldos d pltfor rottiv u ss rd de 0 g. Seleionr o rio de 50 fzendo leitur n régu grdud. O bo que lig ss livre o sensor de forç deverá ser estido qundo se pertr o prfuso que prende ess ss. Registr n tbel 1 os vlores d ss e do rio, e uniddes SI. 3 - Verifir se o sensor de forç r zero ntes de olor pltfor rodr. Cso não rque zero, registr o vlor indido. Este será desontdo o vlor édio d forç luldo. 4 - Color pltfor rottiv e oviento, ionndo o botão ON d fonte de lientção. zer vrir veloidde ngulr lterndo diferenç de potenil plid o otor: v; 3v; 4v; 5v; 6v; 8v. Pr d vlor de tensão d fonte, fzer os registos e álulos indidos nos pontos dos tópios nteriores (usr tbel 1). 5 Construir o gráfio d elerção entrípet,, e função do qudrdo d veloidde ngulr, W. Enontrr linh que elhor se just os pontos do gráfio. Identifir o delive e oprá-lo o o vlor seleiondo pr est experiêni.

3 bel 1 Rio r = 0,05 Mss = 0,0 kg O sensor rv 0,10 N ntes d rotção d pl Ddos Cálulos V = v V = 3 v (s) (s) (s) Ddos = W r = % erro 4.3% (este ensio é dispensável) (rd/s) O sensor rv 0,15 N ntes d rotção d pl Cálulos (s) (s) (s) = W r = % erro 3.8% W (rd/s) W (s - ) (s - ) V = 4 v Ddos Cálulos (s) (s) (s) = W r = % erro 9.3% (rd/s) W (s - ) V = 5 v Ddos Cálulos (s) (s) (s) = W r = 1.06 % erro 7.5% (rd/s) W (s - )

4 Rio r = 0,05 Mss =0.0 kg O sensor rv 0,15 N ntes d rotção d pl Ddos Cálulos V = 6 v (s) (s) (s) ) = W r = 1.58 % erro 3.% (rd/s) W ) 81.5 (s - ) V = 8 v Ddos Cálulos (s) (s) (s) = W r =.89 % erro 9,3% (rd/s) W (s - ) Experiêni : Aelerção entrípet versus rio d trjetóri 1 Alterr s sss olods n pltfor, olondo sobre els u ss rd de 10 g. A ss usd nos ensios dest experiêni será de 30 g. Registr o vlor d ss e uniddes SI n tbel. No prieiro ensio seleionr o rio de 50 pr trjetóri. Nos dois ensios seguintes vrir o rio pr 70 e 100. Os vlores dos rios, e uniddes SI onst d tbel. 3 Verifir se o sensor de forç r zero ntes de olor pltfor rodr. Cso não rque zero, registr o vlor indido. Este será desontdo o vlor édio d forç luldo. 4 Color pltfor rottiv e oviento, ionndo o botão ON d fonte de lientção. zer vrir veloidde ngulr lterndo diferenç de potenil plid o otor té 6v. Mnter veloidde d pl rottiv e todos os ensios relizr, seleionndo tensão de 6v n fonte de lientção. zer os registos e álulos indidos n tbel. 5 Construir o gráfio d elerção entrípet,, e função do rio d trjetóri, r. Enontrr linh que elhor se just os pontos do gráfio. Identifir o delive e oprá-lo o o vlor luldo o os ddos dest experiêni. bel d.d.p. 6 v Mss = 0,03 kg O sensor rv 0,15 N ntes d rotção d pl Ddos Cálulos r = 0,05 (s) (s) (s) 0, , b) 0, , , = W r =.31 % erro 3.4% (rd/s) b) W (s - )

5 d.d.p. 6 v Mss = 0.03 kg O sensor rv 0,15 N ntes d rotção d pl Ddos Cálulos r = 0,07 d.d.p. 6 v r = 0,1 (s) (s) (s) Mss = 0.03 kg Ddos = W r = 3.4 % erro 5.9% Cálulos (rd/s) (s) (s) (s) = W r = % erro 1.9% W (rd/s) W (s - ) (s - ) Experiêni 3: Aelerção entrípet versus ss ) N experiêni 1 usste u ss de 0 g desrever u trjetóri de rio 50. Obtiveste o vlor d elerção entrípet pr u veloidde ngulr resultnte d plição de u tensão de 6 v os terinis do otor. = 81.5 s - b) N experiêni usste u ss de 30 g desrever u trjetóri de rio 50. Obtiveste o vlor d elerção entrípet pr u veloidde ngulr resultnte d plição de u tensão de 6 v os terinis do otor. = 79.7 s - 1- Us gor sss de 35 g pr poderes onluir se elerção entrípet do oviento depende d ss do orpo e oviento irulr unifore. Apli o otor es tensão (6 v) e nté o rio d trjetóri, r = 50. = 81.4 s - - Coplet tbel 3 e trç o gráfio d elerção e função d ss. Enontr linh que elhor se just o gráfio. A elerção entrípet depende d ss do orpo e oviento? bel 3 Rio r = 0,05 V = 6 v Ddos Mss = 0,035 kg Cálulos (s) (s) (s) = W r =.771 % erro.9% (rd/s) W (s - ) 81.4

6 Questões pós lbortoriis 1 O oviento de u stélite geoestionário te rterístis be definids: o período é de 4 h e ltitude é de k. A su veloidde orbitl, v, dependerá d su ss? Sugestão: bsei-te n expressão respost. v r e nos resultdos d experiêni 3 dest tividde pr fundentres Justifi seguinte firção: u orpo ssente nu pltfor girtóri te oviento irulr e unifore e su veloidde vri. Gráfio d elerção entrípet e função do qudrdo d veloidde ngulr A perentge de erro n deterinção do rio d trjetóri usndo o delive d ret de regressão é de 10%

7 Gráfio elerção entrípet e função do rio d trjetóri A perentge de erro n deterinção do qudrdo d veloidde ngulr do oviento usndo o delive d ret de regressão é de 7,8% Gráfio elerção entrípet e função d ss do orpo e oviento irulr unifore A elerção entrípet é independente d ss do orpo