SERÁ NECESSÁRIA UMA FORÇA PARA

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1 Ano Lectivo 2010/2011 Professora Fátima Pires FÍSICO-QUÍMICA SERÁ NECESSÁRIA UMA FORÇA PARA QUE UM CORPO SE MOVA? Avaliação: Professora: Observações: 11ºB

2 «Será necessária uma força para que um corpo se mova?» INTRODUÇÃO TEÓRICA No mundo em que vivemos, deparamo-nos por diversas vezes, com movimentos uniformes sem muitas vezes reparamos. Na física, um movimento pode ser considerado uniforme ou uniformemente variado. Em relação aos movimentos Aristóteles, Galileu e Newton têm opiniões diferentes umas das outras: - Aristóteles dizia que exitiam duas espécies de movimento: o dos corpos terrestres e o dos corpos celestes. Um corpo tinha um lugar natural e os corpos caíam para chegar ao seu lugar natural, opondo resistência a qualquer esforço que tentasse retirá-los desse lugar. Um corpo exigia, para se mover, a presença contínua de uma força. - Galileu realizava experiências reais e pensadas. Imaginou que uma bola, depois de descer por uma rampa, rolava plano acima por outra rampa até atingir a altura inicial, independentemente da sua inclinação. Se a segunda rampa fosse menos inclinada do que a primeira, a bola rolava mais longe, não parando enquanto não atingisse a mesma altura inicial. Quanto mais a segunda rampa se aproximava da horizontal, mais a bola rolava. Se ela se tornase horizontal, com a superfície bem lisa, a bola nunca pararia. Qualquer velocidade manter-seia constante, desde que não actuassem outras forças. - Newton afirmava que os movimentos da Terra e dos Céus obedeciam às mesmas leis. Na ausência de forças, um corpo em repouso permanecia em repouso, e um corpo em movimento permanecia em movimento, ficando em movimento rectilíneo e com velocidade constante. Assim, hoje em dia sabemos que: Um movimento é uniforme, segundo a primeira lei de Newton, quando as forças que actuam num qualquer corpo se anulam ( =0), fazendo com que a velocidade média desse corpo se mantenha constante. Um movimento uniformemente variado pode ser uniformemente retardado ou acelerado. Segundo a segunda lei de Newton, isso acontece quando a resultante das forças que actuam no sistema é diferente de zero ( 0), adquirindo assim aceleração ( 0). A expressão matemática que traduz a segunda lei de Newton é = m ( : força resultante, em N; m: massa, em kg; : aceleração, em m/s 2 ). 2

3 OBJECTIVOS Determinar a aceleração de um corpo que se move num plano horizontal por acção de uma força contante; Verificar a Primeira e a Segunda Leis de Newton. 3

4 QUESTÕES PRÉ-LABORATORIAIS 1- m 1 m 2 2- m 1 m 2 3- O movimento de ambos os corpos deverá ser rectilíneo uniformemente acelerado. 4- a) m 1 m 2 b) O movimento de m 1 deverá ser rectilíneo uniforme. 5- Para minimizar o atrito m 1 deve ser um carrinho pois este possui rodas e o atrito de rolamento é menor que o atrito de deslizamento. 4

5 6- Para medir a velocidade de m 1 nos diversos instantes é necessário uma fotocélula, um digitímetro e uma régua. 7- Para medir o tempo que decorre desde o início do movimento até uma dada posição são necessárias duas fotocélulas e um digitímetro. 8- Não, não é necessário uma força para que um corpo se mova. Segundo a primeira Lei de Newton, se a força resultante que actua sobre um corpo for nula, o corpo permanece em repouso se estiver inicialmente em repouso, ou terá movimento rectilíneo uniforme se estiver em movimento. Pode então acontecer que existam várias forças aplicadas num corpo e a força resultante seja nula e mesmo assim o corpo continuar em movimento, o qual será rectilíneo e uniforme (velocidade = constante). ESQUEMA DE MONTAGEM 5

6 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1ª Parte 1- Marcam-se cerca de 10 pontos que distem 10 cm uns dos outros na bancada e também uma linha de partida do carrinho (para se assegurar que se parte sempre do mesmo ponto); 2- Encaixa-se a roldana na extremidade da bancada; 3- Prende-se um fio com um peso na extremidade, ao carrinho ( o comprimento do fio deve estar de acordo com o percurso); 4- Liga-se o digitímetro à fotocélula e selecciona-se a opção mask para medir o tempo que a fita demora a passar a fotocélula; 5- Coloca-se a fotocélula na posição A (perpendicularmente ao carrinho); 6- Coloca-se o carrinho na posição de partida para depois largá-lo. 7- Regista-se o tempo lido no digitímetro; 8- Repetem-se os procedimentos 5, 6 e 7 para os restantes pontos; 2ª Parte 1- Ligam-se duas fotocélulas ao digitímetro e selecciona-se a opção one gate para medir o intervalo de tempo que decorre desde a fita do carrinho ir da posição 0 até à posição ; 2- Coloca-se uma fotocélula na posição 0 (posição onde a fita do carrinho tem iniciado o seu movimento); 3- Colaca-se a outra fotocélula na posição A; 4- Coloca-se o carrinho na posição de partida da seguinte forma: fita do carrinho fotocélula carrinho linha de partida Posição 0 5- Larga-se o carrinho e regista-se o tempo lido no digitímetro; 6- Repetem-se os procedimentos 3, 4 e 5 para os restantes pontos. 6

7 7- REGISTO E TRATAMENTO DE DADOS S (cm) t (s) t (s) Δt (s) Δt (s) (m/s) a (m/s 2 ) A 2,00 B 2,00 C 2,00 D 2,00 E 2,00 F 2,00 G 2,00 H 2,00 I 2,00 J 2,00 K 2,00 0,0836 0,0834 0,0836 1,5618 1,5661 0,0838 1,5613 0,0662 1,9850 0,0669 0,0667 1,9615 0,0669 1,9848 0,0585 2,3295 0,0586 0,0587 2,3511 0,0589 2,3353 0,0516 2,5825 0,0519 0,0518 2,5605 0,0519 2,5777 0,0483 2,8699 0,0481 0,0483 2,8054 0,0484 2,8784 0,0454 3,1725 0,0453 0,0455 3,1543 0,0457 3,1613 0,0438 3,4622 0,0435 0,0436 3,4296 0,0436 3,5216 0,0426 3,6830 0,0427 0,0427 3,7836 0,0429 3,7287 0,0441 3,8234 0,0441 0,0443 3,8271 0,0446 3,8451 0,0467 0,0471 0,0471 4,1970 4,1103 0,0474 4,1253 0,0495 4,2561 0,0494 0,0494 4,1923 0,0492 4,2740 1,5731 0,239 0,1521 1,9771 0,300 0,1517 2,3386 0,341 0,1457 2,5736 0,386 0,1500 2,8512 0,414 0,1452 3,1627 0,440 0,1269 3,4711 0,459 0,1285 3,7318 0,468 0,1255 3, ,451 0,1178 4,1442 0,425 0,1024 4,2408 0,405 0,0955 7

8 QUESTÕES PÓS-LABORATORIAIS 1- Peso bate no solo 2- Antes de m2 bater no solo, o movimento do carrinho é rectilíneo uniformemente acelerado. Após m2 bater no solo o movimento do carrinho passa a ser rectilíneo uniformemente retardado, apesar de o esperado ser rectilíneo uniforme. 3- A aceleração do carrinho vai diminuindo de ponto para ponto, tal como está representado no gráfico anterior (v/t) pois o declive da recta vai diminuindo. Tal não está de acordo com a questão pré-laboratorial 4 pois nessa considera-se que após o peso bater no chão, esta deveria passar a ser nula já que o carrinho também deveria passar a descrever um movimento rectílio uniforme. Este acontecimento deve-se ao facto de a bancada exercer atrito sobre as rodas do carrinho. 8

9 CONCLUSÃO Sobre o carrinho utilizado na experiencia realizada na aula, exercem-se quatro forças: o peso, a reacção normal, a força exercida pelo fio no carrinho (tensão) e a força de atrito, que fazem com que a velocidade varie bem como o movimentro. Se o módulo da força resultante for maior que zero, o carrinho tem movimento uniformemente variado se a resultante das forças for zero as forças anulam-se e o carrinho tem movimento uniforme. Como se verifica no gráfico da velocidade em função do tempo o carrinho iniciou o seu movimento com movimento mais ou menos uniformemente acelerado até ao instante t=3,5s, querendo isto dizer que de 0 s a 3,5 s a força resultante que estava exercida sobre o carro era superior a zero, fazendo este mover-se no sentido positivo da trajectória. A partir dos 3,5 segundos ( [3,5; 4,25] s) o movimento efectuado pelo carrinho deveria ter sido uniforme, ou seja, a resultante das forças deveria ser nula e a velocidade deveria constante. Isso não se verificou. A velocidade foi diminuindo após o peso ter batido no solo devido à força de atrito que a bancada exerceu sobre as rodas do carrinho (anteriormente a força exercida pelo peso no carrinho superava o atrito, após o peso deixar de exercer força no carrinho começa a verificar-se o efeito da força de atrito e a velocidade diminiu). Com actividade deveríamos confirmar que Galileu tinha razão ao dizer que um corpo num plano horizontal não necessita de força para permanecer em movimento uniforme (tal como Newton afirmava, embora apenas Newton tenha criado as três leis de Newton para o explicar). Por outro lado, Aristóteles não conseguiu descobrir nada acerca destes assuntos pois todas as suas hipóteses foram consideradas como erradas. As suas ideias não estariam correctas pois tanto os corpos terrestres como os celestes obedecem às mesmas leis. Com os resultados e interpretações da experiência deveria concluír-se que não é preciso exercer constantemente uma força num corpo para que este se mantenha em movimento. Tal não se conseguiu pois quando o peso bate no solo o carrinho diminui a sua velocidade devido ao atrito e por tal razão não se verifica uma resultante das forças aplicadas nula. 9

10 Trabalho Realizado por: Mariana Figueiredo 11ºB 10