Roteiro para Laboratório de Física 1

Transcrição

1 Centro Universitário UNICAPITAL e Faculdades Integradas Paulista FIP Engenharia de Automação e Controle Engenharia Elétrica Engenharia Mecânica Engenharia Civil Roteiro para Laboratório de Física 1 Experiência 01 Laboratorista Vivian Delacoleta

2 1 São Paulo 2014 Instruções para a elaboração do Relatório Após a realização do experimento pelo grupo deve ser apresentado ao professor responsável um relatório que deverá ser elaborado em grupo, contendo os itens relacionados a seguir. Além da apresentação dos dados tomados no laboratório, o relatório deverá conter o tratamento destes dados bem como sua análise, conforme as instruções sobre o detalhamento da análise de dados fornecidas neste roteiro. 1. Capa: folha de rosto com a identificação do número do experimento, título, data da realização do experimento, unidade e turma, sendo que estas informações podem ser dispostas numa tabela como segue: Número do Experimento Título Data do Experimento Unidade Turma RA Nome Completo Assinatura 2. Objetivo: descreva resumidamente qual(is) o(s) objetivo(s) a ser(em) atingido(s) com o experimento. 3. Material Utilizado: relacione em itens os materiais utilizados no experimento, citando a identificação técnica (modelo e marca) dos equipamentos e dispositivos elétricos/eletrônicos, podendo ilustrar com figuras, fotos ou diagramas. 4. Procedimento Experimental: descrição resumida do procedimento adotado para a realização do experimento. 5. Dados: mostre claramente os dados obtidos, relacionando-os numa tabela, quando possível. 6. Análise dos Dados: descreva explicitamente os cálculos feitos com os dados obtidos e outras análises realizadas com os dados colhidos; mostre os resultados obtidos com os cálculos em tabelas e gráficos quando pertinentes 7. Conclusão: elabore um ou mais parágrafos sobre o que pôde ser concluído a partir dos dados obtidos e sua análise 8. Referências Bibliográficas: apresente a bibliografia consultada nos estudos realizados. 1

3 2 Parte prática Laboratórios Materiais necessários para a realização do experimento (vide anexo 1): 1. Conjunto de plano inclinado com base de sustentação e rampa de inclinação ajustável 2. Carro com carenagem 3D 3. Corpo de prova de madeira 4. Massas acopláveis cilíndricas 5. Dinamômetro com precisão de 0,02 N e escala maxima de 2 N 6. Escala angular (em um dos conjuntos a escala está acoplada no plano inclinado e no outro está separado) Observação: Há dois tipos de conjunto de plano inclinado, consulte o Anexo 1 para reconhecer qual deles sera utilizado pelo seu grupo. Título: PLANO INCLINADO Objetivos: Rever as relações trigonométricas básicas em um triângulo retângulo, seno, cosseno e tangente, e o Teorema de Pitágoras. Visualizar as forças peso e normal num plano inclinado, verificando a independência entre suas naturezas. Compreender a decomposição de forças em suas componentes perpendicular e tangencial ao plano inclinado. Introdução Teórica para realização e análise do Experimento: O teorema de Pi. Na geometria euclidiana, o teorema afirma que:, o quadrado do comprimento da h quadrados. (f 1) f Figura 1- Teorema de Pitágoras os dois lados que formam o triângulo. O enunciado anterior relaciona comprimentos, mas, : quadrad. (f 2) Para ambos os enunciados, pode-se equacionar: onde: c representa o comprimento da hipotenusa, a e b representam os comprimentos dos catetos. Figura 2 - Teorema de Pitágoras (áreas) O teorema de tico gr ( -..) 2

4 3 f ( emáticos babilônicos conheciam algorit f ). s cossenos do matemático persa Ghiyath al-kashi ( ) terceiro lado de qualquer triângulo, dados os comprimentos de dois lados e a med. ca ( ) do quadrado cons a (c). Trigonometria do triângulo retângulo f., tradicionalmente,, denominada grau e, cada um deles tem medida entre 0 o e 180 o 180 o. Em um triâ f, uma vez que seus lados sejam conhecidos., tem mediada de 90 o. Os ou, dado um segmento, indicamos o comprimento de por AB, onde AB=med( ). medida x, em intervalo [0, (figura 3) em B, cuja Seno: Seno de x comprimento da hipote. : : Figura 3 Triângulo Retângulo Cosseno: Cosseno de x. : Tangente: Tangente de x cateto adja. : 3

5 4 Dinamômetro O dinamômetro é um instrumento utilizado para medir a intensidade das forças. Figura 4 Dinamômetro Força Peso A força peso é uma força de natureza gravitacional, ou seja, é uma força atrativa de longo alcance entre corpos macroscópicos, como um objeto de massa m e o planeta com massa M; a força peso do objeto de massa m tem direção perpendicular à superfície do planeta que o atrai no sentido do centro do planeta (figura 5) e tem intensidade: P = m.g onde m é a massa do objeto e g é a aceleração da gravidade que varia de acordo com a massa do planeta que está atraindo o objeto. A notação de negrito indica que a grandeza é um vetor. Força Normal A força normal é de natureza eletromagnética, ou seja, uma força que surge da interação de longo alcance entre os elétrons de um corpo sólido que está em contato com uma superfície também sólida. A força normal, então, NÃO é uma reação à força peso. Sua direção é sempre perpendicular à superfície de contato e sentido para fora desta superfície (figura 5). Figura 5 Triângulo Retângulo 4

6 5 Instruções para a realização do experimento: 1. Utilizando o dinamômetro na vertical, meça os pesos dos corpos de prova, ou seja, a carga (carro e bloco de madeira), anotando esses valores na tabela abaixo: Carro Bloco de Madeira Peso (N) Tabela 1 Peso dos corpos de prova 2. Para fazer as medidas com o dinamômetro, vide Anexo 1 sobre os cuidados a serem tomados com o dinamômetro e o Anexo 2 sobre a escala de medição. 3. Monte o plano inclinado, conforme o modelo disponível, vide Anexo Fixe o dinamômetro no parafuso existente no topo do plano inclinado e alinhe-o, vide Anexo Acople a carga no dinamômetro, vide Anexo 5, mantendo-o alinhado como descrito no Anexo Utilize inicialmente o carro como carga. 7. Novamente, para fazer as medidas com o dinamômetro, vide Anexo 1 sobre os cuidados a serem tomados com o dinamômetro e o Anexo 2 sobre a escala de medição. 8. Deixe o plano inclinado rente à bancada, posição esta que será tomada como 0 o, anote o valor marcado no dinamômetro na tabela 2 a seguir. 9. Mude a inclinação do plano para o próximo ângulo descrito na tabela 2, conforme o modelo (as diferenças na manipulação do plano estão descritas pelas figuras 3 e 4 do Anexo 3) e meça o valor marcado no dinamômetro. 10. Proceda sucessivamente até o máximo ângulo de inclinação que o plano inclinado consegue atingir. Ângulo de Inclinação (graus) 0 o Medida da Força no Dinamômetro (N) 5 o 10 o 15 o 20 o 25 o 30 o 35 o 40 o 45 o Tabela 2 Ângulo de Inclinação x Medida no Dinamômetro 5

7 6 Instruções para a análise dos dados do experimento: 1. Inicialmente, responda às seguintes perguntas: a. Qual o valor do peso e da massa do objeto usado no experimento para a tomada das suas medidas no laboratório, no Sistema Internacional? Considere a aceleração da gravidade como 10 m/s 2. Objeto Massa (kg) Peso (N) b. O peso calculado no item a corresponde a qual dos vetores, P 1, P 2 ou P 3, apresentados na figura a seguir? P 1 P 2 P 3 c. O valor medido no dinamômetro corresponde a qual das forças indicadas na figura abaixo? d. Reconheça o triângulo retângulo na figura anterior, verifique a relação do ângulo de inclinação do plano e os do triângulo retângulo, reconhecendo as relações trigonométricas seno, cosseno e tangente. 6

8 7 e. De acordo com as respostas anteriores e utilizando as relações trigonométricas num triângulo retângulo, complete a tabela a seguir: Ângulo de Inclinação (graus) 0 o P 1 (N) P 2 (N) P 3 (N) 5 o 10 o 15 o 20 o 25 o 30 o 35 o 40 o 45 o 7

9 8 Referência Bibliográfica 1. Apostila de Desenho Técnico para o curso técnico Pronatec Prof. José dos Santos Garcia Neto 2.o semestre de Fundamentos de Física vol. 1 Halliday e Resnick Editora LTC 8.a edição Manual Experimental do Plano Inclinado Kersting Ref. EQ001 Cidepe Centro Industrial de Equipamentos de Ensino e Pesquisa Canoas RS 8

10 9 Anexo 1 Cuidados com o Dinamômetro Parafuso liberador da capa protetora da mola interna Referência para leitura da escala (extremidade da capa) Escala graduada em dois centésimos de newton Indicação da capacidade máxima da carga [N] Corpo de prova Cuidados com o dinamômetro: Nunca o utilize além da capacidade máxima, senão, a mola interna perderá a capacidade de retorno à posição inicial. Nunca solte o corpo que está sendo medido no dinamômetro bruscamente. Faça a ajustagem inicial, alinhando o zero da escala com a parte frontal da capa. Ajustagem inicial Solte o parafuso liberador da capa e movimente-o para cima ou para baixo para nivelar o primeiro traço da escala com a extremidade da capa que é a referencia para medição. Sempre ajuste o zero do dinamômetro na posição em que ele será utilizado. Quando usar o dinamômetro na posição horizontal ou inclinada, dê uma pequena batida na capa para liberar o interior antes de fazer a leitura. 9

11 10 Anexo 2 Medição de força com o Dinamômetro Após a colocação da carga no dinamômetro, o êmbolo interno do dinamômetro se moverá e a leitura da medida da força deverá ser feita. A medida no dinamômetro é dada pela leitura direta da escala. A extremidade do corpo móvel é a referencia para a leitura. A divisão de cada cor vale 0,2 N e cada traço vale 2 centésimos de newton (0,02 N). 10

12 11 Anexo 3 Diferenças entre os planos inclinados Usaremos dois conjuntos de plano inclinado: Kersting (figura 1) Padrão (figura 2) Figura 1 Plano inclinado Kersting Figura 2 Plano inclinado Padrão As diferenças básicas entre os dois conjuntos são: 1. A escala angular: no conjunto Kersting, a escala é acoplada ao plano inclinado (figura 3), no conjunto padrão, a escala é separada e tem que ser posicionada ao lado do plano quando for realizar a medida do ângulo de inclinação (figura 4). Figura 3 Plano Inclinado Kersting 11

13 12 Figura 4 Plano Inclinado padrão 2. O posicionamento do plano numa determinada angulação: no conjunto Kersting existe um parafuso para elevar o plano numa determinada inclinação (figura 5) e no padrão temos que usar o bloco de madeira como calço (figura 6). Figura 5 Parafuso para elevação do plano no conjunto Kersting Figura 6 Calço para elevação do plano no conjunto padrão 12

14 13 Anexo 4 Alinhamento do dinamômetro com o plano inclinado Na extremidade do plano tem um parafuso com duas porcas de plástico, solte a de cima apenas. Insira no olhal da extremidade do dinamômetro no parafuso e rosquei a porca novamente. O olhal do dinamômetro deverá ficar entre as porcas O dinamômetro deverá ficar alinhado com o gancho que prende a carga a ele, ou seja, o dinamômetro e o gancho de suporte da carga devem ficar alinhados. O olhal do dinamômetro não pode ficar diretamente no plano sem a porca de plástico por baixo nem o dinamômetro poderá ficar com a extremidade onde está a escala desalinhado com o corpo de carga. 13

15 14 Anexo 5 Acoplamento carga-dinamômetro Conecte a carga na extremidade do dinamômetro onde está a escala. Não esqueça de verificar o alinhamento do dinamômetro com a carga. Vide anexo 4. O corpo da escala do dinamômetro deverá estar livre quando a carga puxá-lo ao escorregar pelo plano inclinado 14