Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim Arthur de Azevedo EXPERIMENTO 7

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1 Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim Arthur de Azevedo Roteiro para prática experimental EXPERIMENTO 7 Determinação da constante elástica de uma mola utilizando o plano inclinado por fuso Disciplina: Física Experimental GRUPO DE TRABALHO: Estudante 1 (nome e R.A.) Estudante 2 (nome e R.A.) Estudante 3 (nome e R.A.) Estudante 4 (nome e R.A.) Agosto/2014

2 EXPERIMENTO 7 DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE ELÁSTICA DE UMA MOLA UTILIZANDO O PLANO INCLINADO POR FUSO 1) PARTE A Determinação da constante elástica da mola utilizando o plano inclinado por fuso, pelo método estático. 1.1) Objetivos deste experimento: O objetivo principal deste experimento é determinar a constante elástica de uma mola utilizando o plano inclinado por fuso. Para executar este experimento o estudante deverá colocar em prática seus conhecimentos de decomposição de vetores, saber medir a massa de um corpo em uma balança e saber ler o deslocamento em uma régua a partir de um ponto referencial. 1.2) Materiais i) Pendulo de fuso ii) Carrinho com suportes iii) Dinamômetro iv) Balança v) Massas vi) Suporte para as massas vii) Barbante viii) Fita adesiva ix) régua (metálica) x) caneta marcador de quadro branco. 1.3) Montagem experimental Coloque o plano inclinado sobre a bancada e gire o fuso até que os trilhos do plano inclinado fiquem na horizontal (0 o ), ou seja, não provoquem elongação na mola. Na parte oposta ao goniômetro (medidor de ângulos), prenda no parafuso a mola do experimento. Na outra ponta da mola, prenda o carrinho com a suporte para massas para baixo com um pedaço de barbante, como mostrado na Figura-1a) e 1b).

3 a) b) Figura-1: Mola fixada aos trilhos do plano inclinado, com carrinho. a) mola fixada na extremidade dos trilhos. b) carrinho ficado à extremidade da mola. Pese o carrinho e uma quantidade de massa que será colocada no suporte para massas (abaixo do carrinho), como mostrado na Figura-1b). A massa escolhida também pode ser fixada ao suporte do carrinho com um pedaço de barbante. A massa do carrinho somada a massa de carga será chamada de m T. Figura-2. O sistema experimental deverá permitir a elongação da mola como apresentado na Figura-2: Montagem experimental para determinação da gravidade local com plano de fuso e dinamômetro. 1.4) Medidas experimentais Em seguida carregue o carrinho com a quantidade de massa conhecida, ou seja, pesada previamente (carregue o carrinho com mais de 100g).

4 A partir de 0 o, aumente o ângulo dos trilhos até dez graus, para que o carrinho e a massa façam a mola esticar. Balance o carrinho, com pequenos toques, para se certificar que a posição de equilíbrio não está alterada pelo atrito entre as rodas do carrinho e os trilhos. Meça o valor elongação da mola, em relação à posição de equilíbrio fazendo-se marcas no trilho do plano, com a fita adesiva ou com uma caneta de quadro branco, para medir a elongação em função do aumento do ângulo de inclinação dos trilhos como mostrado na Figura - 2. Você também pode acoplar ao sistema uma régua milimetrada para se fazer as medidas do deslocamento, como mostrado na Figura-3. Neste caso use a régua para medir os deslocamentos Figura-3: Acoplamento de uma régua aos trilhos do plano inclinado por fuso. Repita os experimentos para cinco ângulos diferentes, como mostrado na Figura - 4, variando de dez em dez graus a inclinação dos trilhos e complete a Tabela-1 abaixo: Figura-4: Exemplo de variação do ângulo do plano inclinado por fuso. a) Tabela-1: medidas experimentais utilizando o plano de fuso Massa (kg) Ângulo do plano ( o Leitura da elongação da ) T( )=m T gsen( ) mola (m)

5 1.5) Análise das medidas experimentais 1) No papel milimetrado abaixo, faça um gráfico da tensão T( ) versus elongação da mola X (devido ao aumento da inclinação de ). Lembre-se, a força exercida pela massa é causada pela componente da força peso na direção do deslocamento do carrinho (lembre-se: T=Psen =m T gsen ). O que você pode afirmar sobre a dependência de T( ) com elongação da mola? É uma relação linear?

6 Grafico-1: Tensão aplicada na mola, em função do deslocamento X T( )

7 Em caso afirmativo, trace uma reta que você considera que melhor se ajusta aos pontos experimentais. Calcule o coeficiente angular da reta que melhor se ajusta aos pontos experimentais utilizando dois pontos da reta, e não pontos experimentais. Para use a expressão: ( ( )) (1) Onde e são ( ) ( ) analogamente. Espaço para os cálculos Neste caso, qual o siginificado físico do coeficiente angular da reta? Qual o valor da constante elástica da mola? Você foi capaz de compreender a decomposição da força peso em um plano inclinado? Faça alguns comentários sobre suas observações e o que você compreendeu do experimento. Você compreende o sinal negativo da Lei de Hook (F= - kx), para a força exercida por uma mola?

8 2) PARTE-B Neste experimento, calcularemos a constante elástica da mola, pelo método estático (mesmo utilizado anteriormente), mas o sistema será montado na vertical, e não terá o carrinho apoiado sobre os trilhos do plano de fuso. Com este tipo de montagem experimental são eliminadas as de atrito entre as rodinhas do carrinho e o trilho de ar, bem como entre os eixos do carrinho e seus mancais. 2.1) Montagem Experimental Nesta montagem experimental devemos erguer a montagem anterior, de forma que o plano de fuso fique perpendicular a superfície de apoio, como apresentado na Figura-5. Figura-5: Plano inclinado de fuso perpendicular a superfície de apoio. a) sistema montado e b) posição do porta massa descarregado. 2.2) Medidas experimentais Primeiramente, observe o posição da parte inferior do porta massas na régua, como na Figura-5b). Esta será a posição de equilibro do sistema. Se necessário desloque a régua para baixo para que as medidas que serão feitas permitam a maior elongação da mola. Carregue o suporte com uma quantidade de massa conhecida, por exemplo, um disco de latão (pese na balança a massa do disco) e meça o deslocamento, causado pelo disco, em relação a posição de equilíbrio.

9 Aumente a carga de massa no porta massas, e meça novamente o deslocamento em relação a posição de equilíbrio com a nova massa. Sempre pese as massas que serão adicionadas. Repita o procedimento experimental para pelo menos quatro massas diferentes e preencha a Tabela-2 abaixo. Tabela-2: medidas experimentais para determinar a constante elástica da uma mola Massa (kg) P=mg L Leitura da elongação da mola (m) Após fazer as medidas experimentais, faça um gráfico da elongação da mola em função da força peso (P=mg) no papel milimetrado. Trace a reta que melhor se ajusta aos dados experimentais (P L). Calcule o coeficiente angular da reta, utilizando pontos sobre e não pontos experimentais. Após fazer o Gráfico-2, use a equação (2) para obter o coeficiente angular da reta., (2) onde os pontos (L 2, P 2 ) são os estão à esquerda de (L 1, P 1 ). CÁLULOS:

10 Grafico-2: Tensão aplicada na mola, em função do deslocamento X P( )

11 2.3 Perguntas sobre a parte B 1) O que significa o coeficiente angular da reta? 2) Ao utilizarmos a equação (2), estamos baseados em que lei física? Qual o nome do cientista que propôs a proporcionalidade entre a força de uma mola e seu deslocamento? 3) Os resultados obtidos na parte B foram diferentes daqueles obtidos na parte A? Se sim, quais seriam as causas para estes diferenças? 4) Qual é o erro percentual entre a o resultado obtido para a constante elástica da parte A e o resultado da parte B?