EXPERIMENTO III SEGUNDA LEI DE NEWTON

Transcrição

1 EXPERIMENTO III SEGUNDA LEI DE NEWTON Esse experimento será divido em duas etapas. A primeira consiste em realizar o experimento com a massa total constante e a segunda consiste em realizar o experimento com massa variável, e com a força resultante atuante no carrinho constante. Faça uma revisão sobre a Primeira, Segunda e Terceira Leis de Newton, para responder o pré-relatório e realizar o experimento. Pré-relatório 1) Defina: Massa; Força; Aceleração; Enuncie a Segunda Lei de Newton; 2) Considerando que o bloquinho 1 tem massa 20 kg e que adicionamos o bloquinho 2 à corda, de massa 10 kg. O sistema terá uma força resultante e uma aceleração. Responda aos seguintes itens considerando que não há atrito e a corda é ideal: Qual a força resultante atuante no sistema? Calcule também a aceleração do sistema. (Considere g=9,81 m/s 2 ). Se no lugar do bloquinho 1 colocarmos um bloquinho de massa 10 kg e no lugar do bloquinho 2 um bloquinho de massa 20 kg, o que acontece

2 com a força resultante e a aceleração do sistema com relação ao sistema anterior? Calcule-os. Se adicionarmos massa ao bloquinho 1, o que acontece com a aceleração e a força resultante atuante no sistema? Explique. Considere que adicionamos 20 kg ao bloquinho 1, calcule a força resultante e a aceleração do sistema. Roteiro para a realização do experimento (relação entre força resultante e aceleração) Material necessário 01 trilho 120 cm; 01 cronômetro digital multifunções com fonte DC 12 V; 02 sensores fotoelétricos com suporte fixador (S 1 e S 2 ); 01 eletroímã com bornes e haste; 01 fixador de eletroímã com manípulo; 01 chave liga-desliga; 01 Y de final de curso com roldana raiada; 01 suporte para massas aferidas 19 g; 01 massa aferida 10 g com furo central de 2,5 mm; 02 massas aferidas 20 g com furo central de 2,5 mm; 01 cabo de ligação conjugado; 01 unidade de fluxo de ar; 01 cabo de força tripolar 1,5 m; 01 mangueira aspirador 1,5 ; 01 pino para carrinho para fixá-lo no eletroímã; 01 carrinho para trilho cor preta; 01 carrinho para trilho cor azul; 01 pino para carrinho para interrupção de sensor; 03 porcas borboletas; 07 arruelas lisas;

3 04 manípulos de latão 13 mm; 01 pino para carrinho com gancho; Procedimentos 1. Montar o equipamento igual ao MRUV. No cronômetro escolher a função F2. 2. Com uma balança, medir a massa do carrinho Mc= kg. 3. Acrescentar nos pinos do carrinho duas massas de 20 g e duas massas de 10 g totalizando (0,060 kg). 4. Suspender no suporte de massas aferidas (9) uma massa de 20 g, o que P= Msg dará uma força aceleradora de: Massa suspensa: Ms= 0, 029 kg Força resultante: FR= Mg= N (g = aceleração gravitacional do local) Assim o sistema terá uma massa total igual a: M= Ma+ Ms+ Mc= kg.

4 Observação: a massa total permanecerá constante durante toda a experiência. 5. Com um cabo apropriado conectar a chave liga-desliga (START) ao cronômetro. 6. Ligar o eletroímã à fonte de tensão variável deixando em série a chave liga-desliga. 7. Fixar o carrinho no eletroímã e ajustar a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho não fique muito fixo. 8. Posicionar o S2 até obter um X= 0300, m. Este deslocamento deve ser medido entre o pino central do carrinho e o centro S2 (STOP). 9. Zerar o cronômetro e desligar o eletroímã liberando o carrinho. 10. Anotar na tabela abaixo o intervalo de tempo registrado no cronômetro, repetindo três vezes este procedimento e calcular o tempo médio tm. X M FR t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t m a Fa ( kg ) ( N ) (ms / 2) (kg) 11. Transferir uma massa de 10 g do carrinho para o suporte de massas aferidas. Assim a força aceleradora ficará igual a: Força resultante FR= Msg= N. 12. Repetir o procedimento sempre transferindo massa do carrinho para o suporte para massas aferidas até completar a tabela. 13. Considerando uma tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a segunda coluna (massa do sistema) é igual a última coluna (Fa / )? 14. Construir o gráfico FR= fa ( ) (força resultante em função da aceleração). Qual é a forma do gráfico?

5 15. O gráfico mostra que força resultante e aceleração são - (diretamente/inversamente) proporcionais. 16. Determinar os coeficientes angular e linear do gráfico FR= fa ( ). Coeficiente angular A = Coeficiente linear B = 17.Qual é o significado físico do coeficiente angular deste gráfico? 18. Qual é a reação de proporcionalidade entre a força F e a aceleração a? 19.Enuncie a Segunda Lei de Newton, com suas palavras, tendo como base as conclusões tiradas deste experimento. Roteiro para a realização do experimento (relação entre aceleração e massa) Procedimentos 1. Montar o equipamento igual ao MRUV. No cronômetro escolher a função F2.

6 2. Com uma balança, medir a massa do carrinho Mc= kg. 3. Colocar no suporte para massas aferidas (9 g) duas massas de 20 g, o que resultará em força aceleradora de: P= Mg= N 4. Massa total do sistema igual a soma de (Mc+ Ms) kg. Massa suspensa Ms= 00490, kg Força resultante FR= N (constante) Massa acrescentada Ma= 0000, kg Massa total M= Ms+ Mc+ Ma= kg (preencher esse valor na 1 a linha da tabela). 5. Com um cabo apropriado conectar a chave liga-desliga (START) ao cronômetro. 6. Posicionar o S2 até obter um X= 0300, m. Este deslocamento deve ser medido entre o pino central do carrinho e o centro S2 (STOP).

7 7. Fixar o carrinho no eletroímã e ajustar a tensão aplicada ao eletroímã para que o carrinho não fique muito fixo. 8. Zerar o cronômetro e desligar o eletroímã, liberando o carrinho, anotar na tabela o intervalo de tempo registrado no cronômetro. 9. Acrescentar 20 g ao carrinho (10 g de cada lado) e repetir o procedimento. Massa suspensa Ms= 0049, kg Força resultante FR= N (constante) Massa acrescentada Ma= 0020, kg Massa total M= Ms+ Mc+ Ma= kg (preencher esse valor na 1 a linha da tabela). 10.Desligar o eletroímã, liberando o carrinho, anotar na tabela o intervalo de tempo registrado pelo cronômetro. 11. Calcular a aceleração para cada um dos tempos médios obtidos, utilizando a mesma fórmula usada na primeira parte e preencher a tabela que segue. a= 2 X t2 Observação: notar que a massa suspensa faz parte da massa acrescentada ao sistema. Assim, na primeira linha, teremos massa acrescentada Ma= 49 g (permanecerá constante durante toda a experiência). 12. Completar a tabela sempre acrescentando 20 g ao carrinho, repetindo os procedimentos anteriores. X (m) M (kg) 1/M (kg) FR (N) t1 t2 t3 t4 t5 tm a (m/s 2 ) m.a 13. Considerando a tolerância de erro de 5%, pode-se afirmar que a quarta coluna (força resultante) é igual à última coluna (produto da massa pela aceleração)?

8 14. Construir o gráfico a = f(m) (aceleração em função da massa) utilizando os dados da tabela. 15. Linearizar o gráfico a = f(m). Para linearizar, formar a tabela a(m/s 2 ) versus 1/M (1/kg). 16.Determinar os coeficientes angular e linear do gráfico a = f(1/m). Coeficiente angular A = Coeficiente linear B = 17.Qual é o significado físico do coeficiente angular? 18.Qual é a relação de proporcionalidade entre a aceleração e a massa do sistema sob a ação de uma força resultante de intensidade constante? 19.Linearizar o gráfico a = f(m) usando o papel di-log.