Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim Arthur de Azevedo Roteiro para prática experimental EXPERIMENTO 11 Momento Linear e Impulso 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 E7-1
EXPERIMENTO 11 MOMENTO LINEAR e IMPULSO Equipamento: Rampa de lançamento com prumo, suporte de aço sobre-prumo, par de esferas iguais de aço de 10 mm de diâmetro. Acessórios: régua, transferidor, nível de bolha, folhas de papel sulfite, folhas de papel carbono, rolo de fita adesiva. 1. INTRODUÇÃO Momento Linear ou, mais racionalmente, Quantidade de Movimento é uma grandeza física vetorial e, como tal, deve conservar as propriedades vetoriais. Normalmente é representado por (lê-se pê vetor) e é quantificado pelo seguinte produto: (1) A variação no tempo do momento linear que um corpo sofre pode ser compreendida por uma força que atua sobre o corpo, isto pode ser equacionado do seguinte modo: (2) como: Para situações não exatas, mas como estimativas, podemos escrever a equação acima (3) O produto da força aplicada pelo seu tempo de duração define outra grandeza vetorial denominada de impulso, simbolizado por (lê-se jota vetor). Assim, (4) E7-2
1. OBJETIVOS Quantificar momento linear e impulso. Verificar a relação entre as grandezas momento linear, força e impulso. 2. PROCEDIMENTOS PARA MONTAGEM DO EXPERIMENTO Atividade I: medida da quantidade de momento linear Observe atentamente a figura 1 que ilustra o equipamento para realização da experiência. O equipamento para a experiência deverá, ao final da montagem, ficar conforme mostrado. Para isso, siga as descrições abaixo acompanhando as figuras. Fig. 1 Montagem final da rampa de lançamento para estudo da quantidade de momento linear. Os procedimentos para a montagem podem ser acompanhados no apêndice. E7-3
1) Faça duas faixas ortogonais com fita adesiva sobre a mesa e trace uma linha retilínea sobre cada uma delas que serão linhas guia, ver figura 2. Fig. 2 Marcação e definição linhas guias de posicionamento com fitas adesivas. 2) Arranje o papel de coleta de dados unindo duas folhas de sulfite. Desenhe uma reta no papel sulfite 5 cm da margem da folha (lado mais estreito) e sobre a reta marque cinco pontos igualmente espaçados de 2 cm para indicar a posição de cada lançamento esta será a linha de prumo (ver fig. 2(a)). Depois, desconte a distância entre o ponto inicial de lançamento (marcado pelo centro da esfera) e o centro do prumo para construir a linha inicial (fig. 3 (b)) (a) (b) linha inicial linha de prumo Fig. 3 (a) Linha de prumo indicando as cinco marcações de posicionamentos (1, 2, 3, 4 e 5) e linha inicial. (b) Medida da distância a ser descontada da marcação do prumo para construção da linha inicial. A distância entre as linhas é então dada pela medida da distância do centro de massa da esfera até o centro do suporte (fio do prumo) visualizada em (b). E7-4
3) Fixe o papel sulfite com fita adesiva sobre a bancada (ver figura 1 acima). (Dica: a rampa de lançamento não deve ficar muito elevada de modo que, ao efetuar o lançamento, a esfera não seja projetada fora da área do papel) 4) Use um esquadro para transferir marcar os PONTOS INICIAIS sobre a linha inicial, igualmente os pontos da linha prumo. 5) Defina 5 alturas de lançamento indicadas na rampa de lançamento (ver fig. 4). Cada altura deve corresponder a um PONTO INICIAL de modo ordenado. Fig. 4 Esquema para marcação das alturas correspondentes aos pontos iniciais de lançamento. 6) Suavemente desloque o suporte de prumo de lado para não atrapalhar o lançamento (ver fig.5). Execute os lançamentos e confira se a esfera não será projetada fora da área do papel, essencialmente para a menor e maior altura que você definiu (ou seja, os pontos extremos da reta). Fig. 5 Ilustração de recolhimento do suporte de prumo antes de efetuar o lançamento. E7-5
7) Fixe sobre o papel sulfite papel carbono, mas de modo que seja possível folhear o papel carbono para que, quando a esfera colidir com a mesa, deixe carimbada sua marca (ver novamente figura 1 acima). Você deverá então folhear o papel carbono para verificar a marca impressa. (Dica: observe bem a posição da primeira colisão, pois a esfera pode quicar e fazer várias marcações). 8) Arrume a base de lançamento de modo a deixar paralela a linha guia (ver fig. 6). Fig. 6 Base alinhada paralelamente com a linha guia para seu translado. 9) Arrume a rampa de lançamento de modo a deixar paralela a linha guia (ver fig.7). Fig. 7 Rampa de lançamento alinhada paralelamente com a linha guia para efetuar o lançamento. E7-6
10) Posicionamento do instrumento para execução do lançamento (ver fig. 8) Fig. 8 Posicionamento do sistema de lançamento na posição 3 para efetuar o lançamento. 3. EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO: Lançamentos 1) Posicione a esfera em uma altura definida (reveja o detalhe na fig.4) e execute um lançamento simplesmente soltando a esfera, ela não poderá receber qualquer impulso. Observe a marca impressa no papel sulfite. Faça então para uma mesma altura de rampa 5 lançamentos seguindo os mesmos critérios. Ao final dos 5 lançamentos deverá aparecer um borrão devido as cinco impressões deixadas. Faça um círculo maior em torno do borrão para definir o ponto médio (ver fig. 9). 2) Fig. 9 Após os cinco lançamentos deve circular as marcações do impacto. O centro da circunferência deve indicar um ponto médio de impacto. 3) Translade a rampa para o próximo ponto usando a linha guia e o prumo para ajustar a posição. Coloque de lado o suporte do prumo (reveja a fig. 5) para que ele não interfira no lançamento e execute o lançamento para a nova altura. 4) Repita o processo para todas as três alturas que ainda restam. E7-7
5) Após executados os lançamentos de todas as alturas, trace um vetor do ponto inicial ao ponto médio do borrão circulado para cada tipo de lançamento. Identifique este vetor com onde i corresponde a uma determinada altura. (ver fig. 10) Fig. 10 Identificação do vetor quantidade de momento linear para cada altura de lançamento. 4. QUANTIFICAÇÃO DA QUANTIDADE DE MOMENTO LINEAR EM CADA LANÇAMENTO Determine cada vetor quantidade de momento linear correspondente a cada altura e preencha a tabela utilizando a equação (1): Altura ( ) Quantidade de Momento Linear (kg.m/s) E7-8
5. QUANTIFICAÇÃO DO IMPULSO SOFRE A ESFERA Para quantificar o impulso que produzirá o movimento a figura ilustra uma situação em que a esfera já está rolando. O impulso sofrido pela esfera a cada lançamento pode ser calculado pela equação (4), veja figura 2. P x P y P Figura 2 Decomposição vetorial do vetor quantidade de momento linear em um determinado ponto da rampa (ou do movimento da esfera). Altura ( ) Impulso (N.s) 6. QUANTIFICAÇÃO DA FORÇA MÉDIA SOFRE A ESFERA A força média atuando sobre a esfera pode ser quantificada ao utilizar a equação (3) com o cálculo do tempo pelo MUV na vertical. Altura ( ) Tempo ( ) Força média (N) O que você pode concluir com respeito aos resultados da força média? E7-9