Laboratório de Física Experimento 06: Oscilações Disciplina: Laboratório de Física Experimental I Professor: Turma: Data: / /20 Alunos: 1: 2: 3: 4: 5:
1/11 06 Oscilações 1.1. Objetivos Determinar as constantes elásticas de molas helicoidais através do Movimento Harmônico Simples; Determinar as constantes elásticas das associações de molas em série. 1.2. Equipamentos Duas molas helicoidais de comprimento aproximadamente iguais; Uma base para a montagem (tripé ou placa metálica) com escala milimetrada; 1 cronômetro; Suporte para massa e discos; Cinco discos grandes; 2. Apresentação Neste experimento serão determinadas as constantes elásticas de duas molas empregando o estudo do Movimento Harmônico Simples (MHS) do sistema massa mola. Para isto um conjunto massa mola será colocado para oscilar e o tempo para um número de oscilações será medido em cada experimento. Ao final das medidas as constantes elásticas das molas serão obtidas através da expressão (5), que resulta do estudo do MHS deste sistema. Num segundo experimento as molas serão associadas em série e a sua constante elástica, novamente, encontrada pelo experimento, através da expressão (5). Este resultado serve como um qualificador do método para a determinação da constante elástica nas molas, uma vez que a constante elástica da associação é teoricamente prevista pela expressão (6). 3. Experimento 3.1. Preparativos Antes de iniciar o experimento, faz-se necessário determinar a massa que será colocada para oscilar em cada medida.
2/11 Figura 1: Suporte e Discos Meça o conjunto Suporte mais Discos na balança 1, com um disco, depois com dois discos, três discos,..., preenchendo os resultados na Tabela 1 com as medidas realizadas: # discos 2 Massa (g) 1 2 3 4 5 Tabela 1: Massas do Suporte + Discos 3.2. Parte 1: Movimento Harmônico Simples Nesta parte do experimento as constantes elásticas das molas serão determinadas através do Movimento Harmônico Simples do sistema massa mola. Para isto, coloque o sistema com a Mola 1 e apenas um disco, na base de montagem. Erga levemente a massa, não mais do que 1,0 cm, e solte-a para iniciar as oscilações. Antes de iniciar a contagem, avalie se as oscilações realizadas ocorrem apenas na vertical (não em movimento pendular). Caso o movimento seja satisfatório, acione o cronômetro quando a massa atingir um dos extremos do seu movimento. Tente iniciar o cronômetro sempre a partir do mesmo instante nas medidas consecutivas. Conte 20 oscilações e pare o cronômetro. Repita o procedimento adicionando outro disco e anotando os resultados na Tabela 2. Repita o procedimento para a segunda mola. 1 Veja como operar a balança e demais instrumentos no manual Medias Mecênicas. 2 Atenção. O texto # Discos, significa Números de Discos
3/11 # discos 1 2 3 4 5 Tabela 2: Tempo para 20 oscilações, nos diferentes sistemas massa mola. 3.2.1. Avaliando o erro operacional na medida por MHS No MHS, o erro varia com o conjunto massa mola, devido à velocidade do movimento oscilatório. Para compreender melhor este problema, escolha uma mola (1 ou 2) e selecione dois conjuntos massa mola: os que oscilam mais rapidamente e mais lentamente. Em seguida preencha a Tabela 3 com 5 medidas para 10 oscilações de cada um destes conjuntos. Medida Conj. Mais Rápido Conj. Mais Lento 1 2 3 4 5 Tabela 3: Avaliação do Erro Operacional no MHS em 10 oscilações Determine as médias das medidas acima e compare com a diferença entre o maior e o menor valor entre suas medidas para as 10 oscilações pela equação (1). (1) Medida Conj. Mais Rápido Conj. Mais Lento Tabela 4: Avaliação dos erros de acionamento do cronômetro 3.3. Parte 2: Associação de Molas em Série Nesta última parte do experimento, será feita a associação destas molas em série, e a sua constante elástica será determinada com o método apresentado anteriormente.
4/11 Monte as molas em série conforme a Figura 2. Figura 2: Associação de Molas em Série Uma vez montado o experimento utilize o procedimento anterior para medir as oscilações, preenchendo a Tabela 5, a seguir. Tempo para 10 oscilações # discos Série 1 _ 2 _ 3 _ 4 _ 5 _ Tabela 5: Associação de Molas 4. Resultados Para cada par de medidas determine a constante elástica das molas testadas, preenchendo a tabela a seguir: # discos 1 2 3 4 5 Tabela 6: Constantes elásticas das molas individuais. Em seguida calcule as médias e os desvios médios para as constantes elásticas acima, preenchendo a Tabela a seguir.
5/11 Média _ ± ± _ Truncado _ ± ± _ Tabela 7: Mádias das constantes elásticas para as molas 1 e 2 Para a associação de molas em série, determine as constantes elásticas experimentais para cada oscilador massa mola, expressão (5), e a previsão teórica, expressão (6), utilizando as constantes elásticas calculadas na Tabela 6. Apresente os resultados na Tabela 8, abaixo. # discos 1 _ 2 _ 3 _ 4 _ 5 _ Tabela 8: Comparação entre e o na associação de molas em série. Em seguida calcule as médias e os desvios médios para as constantes elásticas acima, preenchendo a Tabela a seguir. Média _ ± ± _ Truncado _ ± ± _ Tabela 9: Médias das constantes elásticas para a associação em série
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7/11 5. Experimento 06 Oscilações Professor: Turma: Data: / /20 Alunos: 1: 2: 3: 4: 5: 6. Dados Experimentais Copie os dados das tabelas anteriores nas tabelas abaixo: # discos 3 Massa (g) 1 2 3 4 5 Tabela 10: Massas do Suporte + Discos # discos 1 2 3 4 5 Tabela 11: Tempo para 20 oscilações, nos diferentes sistemas massa mola. Medida Conj. Mais Rápido Conj. Mais Lento Tabela 12: Avaliação dos erros de acionamento do cronômetro 3 Atenção. O texto # Discos, significa Números de Discos
8/11 Figura 3: Associação de Molas em Série Uma vez montado o experimento utilize o procedimento anterior para medir as oscilações, preenchendo a Tabela 13, a seguir. Tempo para 10 oscilações # discos Série 1 _ 2 _ 3 _ 4 _ 5 _ Tabela 13: Associação de Molas 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. 7.1. Formulário Comparação entre constante elástica teórica e experimental (2) Frequência angular do sistema Massa Mola (3)
9/11 Relação frequência angular e frequência (4) 7.2. Composição (5) Constante elástica pelo movimento de oscilatório (6) Associação de duas molas ideais em série