Faculdade de Engenharia de Sorocaba Laboratório de Física Física Experimental I EXPERIÊNCIA 02 Nome Número Turma Data Movimento Uniforme (MU) 2.1 Fundamentos Teóricos A cinemática é a parte da física que trata da descrição do movimento sem preocupar-se com as causas do mesmo. O movimento de um objeto pode ser caracterizado conhecendo-se a geometria e o comprimento do caminho percorrido, e determinando-se o tempo que o objeto gasta para percorrer tal caminho. A taxa de variação da posição medida em relação ao tempo denomina-se velocidade, sendo que a velocidade escalar média é determinado por: V = x t [2.1] x é o deslocamento do móvel durante o intervalo de tempo t. A velocidade é uma grandeza vetorial, mas aqui trataremos apenas de seu módulo. Um movimento é dito retilíneo e uniforme quando a trajetória percorrida pelo móvel é uma linha reta e em iguais intervalos de tempo o móvel desloca-se de quantias iguais. Desta forma, podemos assegurar que nesse tipo de movimento a velocidade do móvel é constante. A partir da equação (2.1), após um pouco de álgebra, obtém-se a seguinte equação horária dos espaços: X = X 0+ V. t Onde x 0 é a posição inicial e v a velocidade do móvel. [2.2] 1
Gráficos do MRU Posição versus tempo (x t) De acordo com a equação (2.2), o gráfico do espaço em função do tempo para um dado móvel que se desloca segundo MRU é uma reta como mostra a figura 2.1. Figura 2.1: Gráfico característico para um movimento retilíneo e uniforme de um móvel que se desloca no sentido positivo do eixo x. É fácil notar que a velocidade do móvel, bem como a posição inicial (x 0 ) do mesmo, podem ser obtidas através do gráfico 2.1. A primeira é determinada através do coeficiente angular da reta dado por: V x x 0 [2.2] = t t 0 E a segunda obtida a partir do ponto de intersecção da reta com o eixo das posições. Velocidade versus tempo (v t) Como já citado anteriormente, num movimento retilíneo e uniforme, a velocidade do móvel é constante como mostra a figura 2.2. Figura 2.2: Velocidade em função do tempo para um móvel que se desloca no sentido positivo do eixo x descrevendo um MRU. 2
A área sombreada, isto é, aquela compreendida entre a origem e o tempo t, é numericamente igual ao deslocamento x do móvel no mesmo intervalo de tempo. 2.2 Experimental Este experimento estuda o movimento retilíneo e uniforme bem como a confecção de gráficos e análise dos mesmos. Material experimental - Trilho de ar; - Fita de papel termosenssível para registro dos dados; - Carrinho para o trilho de ar; - Faiscador; - Papel milimetrado; - Régua; - Calculadora Científica; Procedimentos experimentais Fixe a fita de papel termosenssível no trilho de ar e, antes de ligar o faiscador, coloque o carrinho sobre o trilho. Com a ponta do dedo, impulsione o carrinho para que o mesmo entre em movimento e ligue o faiscador. Com o faiscador ligado, tome cuidado para não tocar no trilho de ar, pois poderá tomar um choque elétrico bastante forte. Feito isso, desligue o faiscador e retire a fita com os pontos já registrados dando lugar para o próximo grupo realizar a experiência. O faiscador é acionado utilizando-se a freqüência da rede elétrica que é 60 Hz, isto é, temos 60 ciclos em cada segundo. Isto significa que o tempo decorrido entre duas marcas sucessivas na fita é 0,0167 segundos. Como mostra a figura 2.3, separe os pontos da fita em intervalos de 0,1 segundo e, com uma régua, meça as distâncias percorridas pelo móvel correspondentes a cada um desses intervalos. Figura 2.3 Exemplo da fita com os dados a serem tratados no MRU Registre os dados obtidos através da fita na tabela 2.1. 3
Tabela 2.1 Dados de tempo, posição e velocidade. t (s) X (cm) V (cm/s) Construa o gráfico do espaço pelo tempo na folha de papel milimetrado. Construa o gráfico da velocidade pelo tempo na folha de papel milimetrado. Qual a velocidade escalar do móvel? (calcule no espaço abaixo) Qual o deslocamento total do móvel? (calcule através do gráfico) 4
2.3 Esquema e montagem experimental 2.4 Conclusão e/ou discussão dos resultados 2.5 Questionário 1. Reproduza os gráficos 2.1 e 2.2 para o caso em que o móvel desloca-se no sentido negativo do eixo x. 5
2. Utilizando os dados da tabela e a velocidade obtida pelo móvel, escreva sua equação horária dos espaços. 3. A partir da equação horária, determine a posição desse móvel no instante t = 200s supondo que ele pudesse se mover até esse instante. 4. A partir da equação horária, determine o instante em que o móvel passaria pela posição 10m. 6