Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim Arthur de Azevedo EXPERIMENTO 8

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1 Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim Arthur de Azevedo Roteiro para prática experimental EXPERIMENTO 8 Força não constante: força da mola e Associação de molas 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 E5-1

2 EXPERIMENTO 8 FORÇA NÃO CONSTANTE: FORÇA DA MOLA E ASSOCIAÇÃO DE MOLAS Equipamento: Haste vertical graduada (vermelha), 3 massas e 3 molas em espiral com 2 delas sendo iguais; régua e caderno de anotações. Acessórios: régua, caderno de anotações 1. INTRODUÇÃO Como exemplo de uma força não constante utilizaremos a força de uma mola que é uma função da distância ( ), sua intensidade é determinada teoricamente por: onde k é denominado de constante elástica da mola ( guarda todas as propriedades da mola), x é o deslocamento e o sinal negativo refere-se a relação oposta entre a o vetor força da mola e o vetor deslocamento. As observações teóricas são de que: A equação é linear (indica proporcionalidade direta); k é o coeficiente angular da reta. 1. OBJETIVOS verificar a variação da força da mola com o deslocamento. Determinar a constante elástica da mola. verificar o comportamento elástico (ou rigidez) de sistemas que tenham molas em série e molas em paralelo. E5-2

3 2. FORÇA DA MOLA 2.1. Procedimentos 1) Monte o sistema como na figura 1 abaixo; Figura 1 Montagem do aparato para experimento de força não constante (força de uma mola). 2) Defina um ponto inicial de referência como sendo x = 0. 3) Construa uma tabela no caderno de anotações com 3 colunas: uma para anotar o deslocamento, outra para anotar a massa correspondente e outra para quantificar a força da mola. Veja modelo abaixo. Deslocamento x (mm) Massa (g) Força (N) 4) Coloque uma massa no suporte e anote o deslocamento e o valor da massa utilizada; 5) Repita o processo para um total de 7 massas. 6) Execute todo o procedimento com a outra mola distinta Análise do experimento: Verificação da variação da proporcionalidade da força E5-3

4 1) Para cada mola, verifique o valor da razão m. /x em cada massa utilizada (onde g é aceleração da gravidade e considerada igual a 9,81 m/s 2 ). O que você conclui? _ 2) Explique a relação de m (força peso) com a força da mola. 3) Construa um gráfico para cada mola de F versus x e determine a constante elástica da mola. 3. ASSOCIAÇÃO DE MOLAS 3.1. Procedimentos para molas em série. 1) Monte o sistema como na figura 2 abaixo utilizando uma das molas que possui o par igual; Figura 2 - Montagem do aparato experimental para molas em série. 2) Defina um ponto inicial de referência como sendo x = 0. 3) Construa uma tabela no caderno de anotações com 3 colunas: uma para anotar o deslocamento, outra para anotar a massa correspondente e outra para quantificar a força da mola, como realizado na tarefa anterior. 4) Coloque uma massa no suporte e anote o deslocamento e o valor da massa utilizada; E5-4

5 5) Repita o processo para um total de 7 massas Análise do comportamento de molas em série. 1) Verifique o valor da razão m. /x em cada massa utilizada (onde g é aceleração da gravidade e considerada igual a 9,81 m/s 2 ). O que você conclui? _ 2) Explique a relação de m (força peso) com as forças das molas. 3) Construa um gráfico para o conjunto de molas em série de F versus x e determine a constante elástica equivalente (k eq ) das molas em série. 4) Determine teoricamente, utilizando a resposta da questão 2 para construir o diagrama do corpo livre, uma equação para a constante elástica equivalente. Calcule k eq utilizando sua equação e compare com o k eq determinado experimentalmente Procedimentos para molas em paralelo. 6) Monte o sistema como na figura 3 abaixo utilizando uma das molas que possui o par igual; Figura 3 - Montagem do aparato experimental para molas em paralelo. E5-5

6 7) Figura 2 - Montagem do aparato experimental para molas em série. 8) Defina um ponto inicial de referência como sendo x = 0. 9) Construa uma tabela no caderno de anotações com 3 colunas: uma para anotar o deslocamento, outra para anotar a massa correspondente e outra para quantificar a força da mola, como realizado na tarefa anterior. 10) Coloque uma massa no suporte e anote o deslocamento e o valor da massa utilizada; 11) Repita o processo para um total de 7 massas Análise do comportamento de molas em paralelo. 5) Verifique o valor da razão m. /x em cada massa utilizada (onde g é aceleração da gravidade e considerada igual a 9,81 m/s 2 ). O que você conclui? _ 6) Explique a relação de m (força peso) com as forças das molas. 7) Construa um gráfico para o conjunto de molas em paralelo de F versus x e determine a constante elástica equivalente (k eq ) das molas em paralelo. 8) Determine teoricamente, utilizando a resposta da questão 2 para construir o diagrama do corpo livre, uma equação para a constante elástica equivalente. Calcule k eq utilizando sua equação e compare com o k eq determinado experimentalmente Análise geral sobre a mecânica dos sistemas de associação de molas 1) Com base nos valores de k obtidos para: 1 mola, 2 molas em série e 2 molas em paralelo, realize as tarefas: (a) Ordenar em ordem decrescente os k s do sistema mais rígido para o menos rígido. Resp.: (b) Argumente ou construa um sistema utilizando as 3 molas que tenha um rigidez intermediária entre as 2 molas em série e 2 molas em paralelo. E5-6