Laboratorio de Física I - EAD- UESC 2011

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1 Laboratorio de Física I - EAD- UESC 2011 Equipe: 1. Nome: Nome: Nome:... Pólo:... Data:... Experiência 1: CANHÃO DE BORRACHINHA Relatório Programado: Guia para tomada e análise de dados Prazo: 1 semana Visto Introdução O presente experimento pertence ao estudo realizado pelo grupo de ensino de Física do Depto de Física da UNESP, Campus de Baurú, para o projeto Experimentos de Física para o ensino médio e fundamental com materiais do dia-a-dia. [1]. O Princípio da Conservação do Movimento Linear diz que "todo sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear", esta podendo ser inicialmente nula ou não. Neste experimento, o sistema considerado é todo o conjunto da base que sustenta o "canhão" mais os lápis de rolagem, para o qual a quantidade de movimento linear inicial é nula. 2. Objetivos Mostrar que num sistema onde inicialmente não existe movimento nenhum e então 2 partes diferentes do sistema começam a se movimentar, existe uma compensação deixando o momento inicial do sistema com seu valor nulo. O que acontece é que os movimentos ocorrem na mesma direção, porém em sentidos opostos. 3. Preparação (3.0) Usando a Ref.[1] temos que: O experimento consiste em construir um sistema muito similar a um canhão real. Uma borrachinha de dinheiro é disposta sobre a base de madeira como se fosse uma atiradeira que está prestes a impulsionar o projétil (veja a figura abaixo). A linha de costura e o palito de fósforo servem para disparar o "tiro" com a menor interferência possível. Depois de armado o sistema, dispara-se o "tiro" simplesmente queimando a linha que mantém a borrachinha esticada. O que se observa é que enquanto o projétil é lançado num sentido, o resto do sistema se move noutro sentido, ou seja, recua. A idéia é a de explorar a compensação de quantidades de movimentos bastante visível que ocorre neste experimento. O projétil, mais leve, se desloca com velocidade maior; o resto do sistema, mais pesado, se desloca noutro sentido com velocidade menor. 1

2 Tabela do Material Ítem Uma tábua leve de 15x10 cm Três parafusos ou pregos pequenos Um elático de dinheiro Linha de costura Fósforos Projétil Lápis Observações Pode ser, por exemplo, obtida de uma caixa de uva, da parte da madeira mais fina que a compõe. Pode ser qualquer coisa passível de ser atirada pela borracha: um apontador de lápis, uma borracha de apagar lápis, dessas que têm uma capa plástica de proteção (só a borracha ofereceria muito atrito), etc... A quantidade deve ser tal que permita a base de madeira se deslocar por toda a distância que esta conseguir se mover após o tiro. Algo como uma dúzia ou mais deve resolver. Montagem Prepare a madeira, de forma que ela fique a mais lisa possível, retirando todas as farpas e possíveis defeitos. Numa das bordas de menor largura fixe dois parafusos nos cantos da placa, e no centro da borda oposta, o outro parafuso. Passe cada uma das pontas da borrachinha pelos parafusos da extremidade que contém dois parafusos. Amarre no centro do elástico um pedaço de linha. Puxando a borrachinha pela linha, estique-a na direção do parafuso que está no centro da outra extremidade, e enrole a linha nele, para que fique preso e esticado. Não encoste a borrachinha no parafuso deixe uma folga de mais ou menos um centímetro. Coloque algo que sirva de projétil dentro do vértice em V formado pela borrachinha esticada. Coloque os lápis sobre a mesa, um paralelo ao outro formando uma espécie de caminho por onde o canhão deverá se deslocar após o tiro. Comentários Coloque o conjunto já montado sobre a esteira de lápis, e com o fósforo queime a linha, sem que o palito ou você encoste no experimento. O peso do canhão é importante para se observar um bom recuo. Portanto, escolha bem a madeira que vai servir de base para o canhão. 2

3 Figura 1: Esquema Geral de Montagem. 4. Fundamentação teórica Nosso sistema físico está constituído por uma borracha de massa conhecida m (a medir), uma base móvel de massa desconhecida M. O momento inicial do sistema com seu valor nulo (P i =0). Depois de ter queimado o fio, temos os que os movimentos ocorrem na mesma direção, porém em sentidos opostos. A massa m vai se deslocar para a esquerda com velocidade -v, e a base vai se deslocar para a direita com velocidade V, conforme o sistema de referência da Fig. (2). Usando o principio de conservação do momento linear, temos: Pf Pi 0, pbala P 0, CANHÃO m. v M. V 0, m. v M. V, (1) O movimento é efetuado num só direção* (em x, por exemplo) e a equação (1) resulta: mv MV. (2) Podemos supor que as velocidades v e V correspondem as velocidades médias nos x X intervalos de tempo t e T, ou seja v, e V. Finalmente, da equação (2) t T resulta: *O movimento na realidade é bidimensional (x,y) e corresponde a um lançamento oblíquo. 3

4 4,, M T X t x m T X M t x m (3) Aqui x e X correspondem aos deslocamentos indicados na Figura (2) e os intervalos de tempo t e T. Figura 2: Esquema da situação antes e depois do lançamento. Objetivo: Com a equação (3) vamos obter um valor teórico para a massa M th da base usando as medidas de cumprimento (x,x ) e tempos (t,t). Deve-se estimar as velocidades:, t x v e. T X V O valor teórico M th poderá ser comparado com uma medição direta da massa M numa balança de precisão.

5 5. Preparação Trata-se de medidas direitas de comprimento, tempo, e peso. Usaremos o Sistema Internacional de Unidades (S.I.) para as medidas. Dependendo do tamanho da peça (projétil) e da distância percorrida, usaremos o centímetro cm ou milímetro mm, grama gr para a massa, e segundos s para os tempos. Os alunos deveram prover uma trena para medir as distâncias e um par de cronômetros para medir os tempos (t,t). Serão realizados 10 lançamentos do projétil medindo em cada um deles os comprimentos (x,x ) e tempos (t,t). (2,0) Resuma na Tabela 1.1, os valores obtidos para (x,x ) e (t,t) para 10 lançamentos da massa m. Tabela 1 # x (cm) t (s) v (cm/s) X (cm) T (s) V (cm/s) M th (g) (3,0) Calcule a massa M th usando as medidas para (x,x ) e (t,t). Anote estes valores na Tabela 1.Estime uma média para a massa M th e calcule a incerteza. Explicite as fórmulas utilizadas e os cálculos necessários no quadro abaixo. 5

6 (2.0) Com uma balança, pese a massa da base utilizada para o experimento M exp. Compare o valor medido com o valor estimado do experimento realizado M th. Anote os resultados obtidos na Tabela 2. Tabela 2 M th (gr) M th (gr) M exp Que vocês podem concluir das comparações realizadas na Tabela 2? 6. Sugestão Montem os seus experimentos em casa e testem como mostrado na vídeo aula para não perderem muito tempo montando o experimento na aula. 7. Referências bibliográficas 1] Experimentos de física para o ensino médio e fundamental com Materiais do dia-a-dia, Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Campus de Baurú, UNESP, "Experimentos de Física para o Ensino Médio com materiais do dia-a-dia", Welber Gianini Quirino e F.C. Lavarda. [2] Teoria de erros: Conceitos básicos e aplicações, A.R. Samana e D. Sande, EAD, UESC, Ilhéus-BA,