Introdução às Medidas em Física 6 a Aula *

Transcrição

1 Introdução às Medidas em Física 6 a Aula * Marcia Takagui Ed. Ala 1 * Baseada em Suaide/ Munhoz 2006 sala 216 ramal

2 Experiência IV: Movimento de Queda parte 1! Objetivos: Estudar o movimento de queda de um objeto; Medidas indiretas Medida da velocidade de um objeto; Análise de dados: Análise Gráfica; Comparação com um modelo. 2

3 Estudo de um corpo em movimento! Como estudar o movimento de um corpo?! O que caracteriza um movimento?! Como obter informações do movimento e como analisálas?! Em última instância queremos entender as interações (forças) de um corpo no meio.! Como, observando o movimento de um corpo, podemos entender as forças que atuam sobre o mesmo? 3

4 Estudo de um corpo em movimento! Se eu sei a posição de um corpo em função do instante de tempo, eu determino a cinemática do movimento e, consequentemente, a força resultante sobre o corpo 4

5 Estudo de um corpo em movimento! Mas quem é a força que eu estou determinando?! Essa análise cinemática me permite determinar a força resultante que está agindo sobre um corpo. 5

6 Corpo em queda livre! Vamos estudar o movimento de um corpo em queda livre Medida da cinemática completa desse corpo, ou seja, medir a posição em função do tempo Velocidade, aceleração! Nós entendemos o movimento desse corpo? Quais são as forças atuantes? Somos sensíveis a essas forças? Testar hipóteses 6

7 Corpo em queda livre! Que forças podem estar atuando sobre um corpo em queda livre? Peso (gravidade) Empuxo Atrito com o ar (somente se houver movimento) Outras forças? Forças laterais, etc 7

8 Corpo em queda livre v! Peso (P) Atração gravitacional entre a terra e o corpo. Por simplicidade, assume-se a gravidade como uma constante 8

9 Corpo em queda livre v! Empuxo (E) Tem o sentido oposto ao peso. Numericamente igual ao peso da massa de ar deslocada pelo corpo. 9

10 Corpo em queda livre v! Atrito (A) Forças de atrito devidas à viscosidade do ar Em geral, são muito dependentes da geometria do corpo Dependem fortemente de como o meio escoa em torno do corpo Dependem da velocidade 10

11 Corpo em queda livre v! Forças laterais (L) Podem ter várias origens e dependem de quão bem controlado é o ambiente Dependendo do sistema, uma pequena pertubação pode alterar totalmente o movimento lateral do corpo 11

12 Corpo em queda livre v! Como testar estas hipóteses? O nosso arranjo experimental é sensível o suficiente para perceber essas variações?! O que acontesse se uma das forças for muito mais intensa que as restantes? 12

13 Corpo em queda livre! Hipótese de um corpo em queda livre em uma situação quase ideal v 13

14 Corpo em queda livre! Resolvendo o movimento v 14

15 Movimento de um corpo em queda livre! Como medir a posição de um corpo em instantes de tempo bem determinados? Muitos métodos diferentes Radar, fotos em instantes consecutivos (filme)! Experiência de queda livre Usar a rede elétrica como referência em tempo e um dispositivo elétrico para marcar a posição do corpo em cada instante 15

16 Arranjo experimental! Corpo utilizado: um ovo plástico A geometria do ovo plástico minimiza efeitos de atrito com o ar.! Medida das posições Um faiscador gera um pulso de alta voltagem (cuidado) com freqüência igual a da rede elétrica (60,00 Hz). Esse pulso gera uma faísca que marca a posição do ovo em uma tira de papel encerado A cada 1/60,00 segundos uma faísca é gerada no papel. 16

17 Atividades! Realizar a medida de queda livre do ovo utilizando o arranjo experimental disponível.! Cuidados experimentais Cuidado com choques elétricos. Estamos utilizando altas tensões elétricas Leia o procedimento experimental na apostila 17

18 Cuidados durante as medidas! Alinhar o trilho na vertical (usar o fio de prumo);! Colar bem a fita na lateral do trilho, com seu lado mais brilhante para fora;! Verificar imediatamente após a medida se os pontos foram marcados sem falhas;! MUITO CUIDADO com choques elétricos.! Ao terminar, desligar a fonte e tirar da tomada. 18

19 Dados adquiridos! Fita encerada Posição do ovo a cada 1/60 segundos t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t n 1/60 s x i = posição do i-ésimo ponto t i = instante do i-ésimo ponto x 1 x 4 x n 19

20 Análise dos dados: obtenção da velocidade instantânea! A velocidade média sempre sabemos calcular:! Mas e a velocidade instantânea?! Demonstra-se que, se num pequeno trecho a aceleração é constante, naquele trecho é válido: 20

21 Análise dos dados: obtenção da velocidade instantânea! Não estamos assumindo que o movimento seja MRUA, pois esta é uma hipótese que estaremos testando!! Entretanto em qualquer movimento genérico sempre podemos tomar um intervalo suficientemente pequeno tal que naquele intervalo possamos assumir MRUA. 21

22 Análise dos dados: obtenção da velocidade instantânea t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t i t j t n v ij! Velocidade instantânea! Quem é Δx e Δt? 22

23 Análise dos dados: obtenção da velocidade instantânea 23

24 Análise dos dados! Obtenção da velocidade instantânea 0! Qual é a incerteza na velocidade Propagação de incertezas! A incerteza de Δx ij é a própria incerteza da medida do deslocamento! Quem é a incerteza do tempo? A rede elétrica é altamente estável, caso contrário não seria possível conduzir a energia por milhares de km 24

25 Atividades de análise de dados! Numerar os pontos e conferir se houve falhas. Havendo, a numeração deve ser pulada correspondentemente à falha.! Fazer uma tabela de deslocamentos do objeto versus o intervalo de tempo correspondente. Usar como unidade de tempo 1ut = (1/60)s. Dois sub-grupos dentro de cada equipe: Um deles mede deslocamentos em intervalos consecutivos (i,j) = (1,2); (3,4); (5,6); etc O outro grupo mede deslocamentos em intervalos intercalados (i,j) = (1,3); (2,4); (5,7); (6,8) etc! Notar que nenhum ponto é utilizado duas vezes no mesmo subgrupo. Porque?! Na mesma tabela acima calcular a velocidade instantânea (cm/ut) e associar o instante correspondente. 25! Não esquecer de colocar as incertezas!!!