Laboratório de Física

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1 Laboratório de Física Experimento 01: Mesa de Força Disciplina: Laboratório de Física Experimental I Professor: Turma: Data: / /20 Alunos: 1: 2: 3: 4: 5:

2 1/ Mesa de Força 1.1. Objetivos Verificar experimentalmente o equilíbrio de forças; Manusear dinamômetro e escalas de medida; Análise de erro e incertezas; 1.2. Material Mesa de força; 03 suportes para massas em forma de disco; 06 massas em discos grandes; até 03 massas em discos pequenas; 02 dinamômetros; Suporte horizontal para dinamômetro; 01 tripé com haste milimetrada (vermelha); 03 fios com ganchos; 01 anel cromado; 1.3. Observações Durante o experimento cuide para que a carga máxima suportada pelo dinamômetro não seja superada, pois isto poderá danificar a mola do dinamômetro. Observe ainda que a calibração do dinamômetro para operar na vertical é diferente da calibração para operar na horizontal, onde o peso do êmbolo não cria deslocamento na escala, o que ocorre na vertical. Figura 1: Medida na Vertical 2. Apresentação Neste experimento a 2ª Lei de Newton será verificada experimentalmente por meio do equilíbrio de forças entre um dinamômetro e dois pesos. Fixaremos as posições angulares dos pesos 1, 2 e 3 chamados daqui para frente, e, respectivamente, onde combinaremos dois destes mais o dinamômetro ( ) para determinar a situação de equilíbrio. Chamaremos de Arranjo a combinação entre dois destes pesos e o dinamômetro, conforme será mostrado na seção 3.2. Como dito anteriormente, para determinar a situação de equilíbrio em cada um dos arranjos, as posições angulares de dois pesos serão fixadas e o dinamômetro poderá ser deslocado livremente no plano da mesa de forças para se obter a situação de equilíbrio, conforme mostrado na Figura 3.

3 2/11 3. Experimento 3.1. Avaliação de Erros Sistemáticos A primeira parte deste experimento permitirá avaliar de forma mais quantitativa uma incerteza mais adequada para uso nas medidas com o dinamômetro na horizontal Medida Vertical Inicialmente, separe três conjuntos de pesos diferentes em seus respectivos suportes, nomeando-os como:, e. Na formulação dos conjuntos, não utilize 3 discos grandes em um único suporte. Não misture os discos durante o experimento e mantenha os conjuntos inalterados. na posição vertical e faça a calibração para a ope- Ponha um dinamômetro de ração nesta posição. Em seguida meça os pesos dos conjuntos, anotando os valores na tabela a seguir: Conjunto P 1 P 2 P 3 Peso (N) Tabela 1: na vertical Medida Horizontal O restante do experimento será realizado com o dinamômetro operando na posição horizontal, para isto, não deixe de recalibrá-lo para operar nesta posição. Em seguida monte o sistema para as medidas dos pesos com o dinamômetro na posição horizontal, conforme a Figura 2. Nestas medidas não é necessário que o anel fique centralizado no disco, uma vez que não será feita medida da posição angular. Apenas certifique-se de que o anel não esteja ancorado no parafuso. Após isto, coloque o primeiro conjunto ( Figura 2: Medida na Horizontal ) no sistema e meça o seu peso. Observe

4 3/11 que existe um intervalo no movimento da roldana, onde o sistema permanece em equilíbrio, de aproximadamente 1/4 de volta ou mais 1 na roldana. Refaça as medidas dos pesos com este arranjo horizontal e preencha a Tabela 2 a seguir: Conjunto P 1 P 2 P 3 Peso (N) Tabela 2: na horizontal. Reúna os dados das medidas verticais e horizontais na Tabela 3 a seguir e discuta com o seu grupo um valor apropriado para a incerteza nas medidas horizontais. Conjunto Vertical (N) Horizontal (N) Diferença (N) P 1 P 2 P 3 Média da Diferença (N) Tabela 3: Incerteza dos dinamômetros. Neste momento pode ser conveniente apresentar as medidas ao seu professor/estagiário. Esta Média da Diferença pode ser usada como incerteza para as medidas no dinamômetro. Caso este resultado seja igual à incerteza de escala, pode ser aconselhável usar a soma dos dois resultados. Conjunto Incerteza de escala Média das Diferenças Incerteza do Dina Tabela 4: Avaliação de Incertezas 3.2. Equilíbrio em Duas Dimensões Monte a mesa de força com dois pesos e um dinamômetro conforme a Figura 3. Fazer a montagem com dois pesos diferentes, fazendo um ângulo entre si da ordem de 110 de modo que nenhum dos pesos fique na posição angular 0. 1 Este movimento é suficiente para mover o anel de quase 50% do seu diâmetro, para frente e para trás.

5 4/11 β P 1 DN α γ Figura 3: Equilíbrio em 2D P 2 Posicione o dinamômetro de forma que o anel central fique o mais próximo possível do centro da mesa de força (isto é necessário para uma leitura consistente das posições angulares). Uma vez posicionado verifique o alinhamento do dinamômetro com o fio nos três eixos de rotação. Após colocar o sistema em equilíbrio, faça a medida das posições angulares e anote os resultados na Tabela 5 a seguir: Arranjo 1: P 1 e P 2 Tabela 5: Dados experimentais para o Arranjo 1 Dois pontos muito importantes neste experimento: As medidas se referem a posição angular e não ao ângulo entre as linhas. A posição angular é a medida direta da posição do fio no transferidor da mesa; A notação correta das posições angulares. Observe que a se refere a posição angular do dinamômetro, do peso 1 e do peso 2. A medida errada destes dados impossibilita a concordância com resultados desejados. Repita o procedimento para os pesos 2 e 3, e em seguida para os pesos 1 e 3, preen - chendo as tabelas a seguir:

6 5/ Arranjo 2: P 2 e P 3 Tabela 6: Dados experimentais para o Arranjo Arranjo 3: P 1 e P 3 Tabela 7: Dados experimentais para o Arranjo 3 4. Resultados: Mesa de Força Preencha as tabelas a seguir com as decomposições das forças e calcule as forças resultantes para os três arranjos Arranjo 1: P 1 e P 2 Cálculo Truncado Tabela 8: Soma das forças para o Arranjo 1

7 6/ Arranjo 2: P 2 e P 3 Cálculo Truncado Tabela 9: Soma das forças para o Arranjo 2

8 7/11 5. Experimento 01 Mesa de Força Professor: Turma: Data: / /20 Alunos: 1: 2: 3: 4: 5: 6. Dados Experimentais Copie os dados das tabelas anteriores nas tabelas abaixo: Conjunto P 1 P 2 P 3 Peso (N) Tabela 10: na horizontal. Conjunto Vertical (N) Horizontal (N) Diferença (N) P 1 P 2 P 3 Média da Diferença (N) Tabela 11: Incerteza dos dinamômetros. Conjunto Incerteza de escala Média das Diferenças Incerteza do Dina Tabela 12: Avaliação de Incertezas

9 8/ Arranjo 1: P 1 e P 2 Tabela 13: Dados experimentais para o Arranjo Arranjo 2: P 2 e P 3 Tabela 14: Dados experimentais para o Arranjo Arranjo 3: P 1 e P 3 Tabela 15: Dados experimentais para o Arranjo 3 7. Equações e Expressões Relevantes Nesta seção são apresentados as expressões, equações e definições necessárias para o desenvolvimento do experimento. O Formulário aponta as equações e definições essenciais para o desenvolvimento das expressões na Composição, enquanto que este último apresenta as expressões finais, geralmente, para a resolução do problema apresentado no experimento Formulário (1)

10 9/11 Equação de equilíbrio do sistema Módulo da força resultante calculada pelas componentes x e y (2) 7.2. Composição Equilíbrio em x; (3) Equilíbrio em y. Com, ou seja, para, ou e. (4)