No século XVII, Isaac Newton complementou o trabalho de Galileu

INTRODUÇÃO

No século XVII, Isaac Newton complementou o trabalho de Galileu, desenvolvendo a mecânica newtoniana, base para a física clássica. A mecânica newtoniana consiste de um conjunto de três leis, conhecidas como Leis de Newton.

A primeira lei de Newton ou lei da inércia diz que se um corpo não possui forças resultantes atuando sobre ele, então se este corpo está em repouso, ele permanecerá em repouso; se um corpo está em velocidade constante, então assim ele permanecerá.

A segunda lei de Newton descreve a relação existente entre a força aplicada em um corpo e a sua mudança de velocidade. A variação da velocidade sofrida por um corpo é diretamente proporcional à resultante das forças nele aplicadas. Da segunda lei surgiu a equação:

𝐹=𝑚.𝑎

A terceira lei de Newton ou lei de ação e reação diz que as forças existem em pares, não existindo força que seja capaz de atuar sozinha. Então, para cada força chamada de ação, existe uma força de reação.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Materiais

Para a realização do experimento, foram necessários os seguintes instrumentos:

- Trilho de ar metálico de 2 metros de comprimento com compressor de ar;

- Carrinho metálico para o trilho (elemento de movimento);

- Cronômetro Multifuncional digital, com aquisição de dados; Marca: CIDEPE.

Modelo: EQ228A.

Unidade: Segundos (s).

Faixa Dinâmica: {0,0001 – 99,9999} s.

Precisão: 0,0001 s.

Erro: 50 microssegundos (µs);

- Cinco Sensores ópticos de passagem com suportes;

- Oito massas de 50g para o lastro do carrinho;

- Fio, roldana e porta-massas;

- Massas pendulares: uma de 50g, duas de 10g e uma de 5g; - Balança.

Figura 1 e 2: Instrumentos do experimento

Fonte: Laboratório de física 1.

2.2 Modelo Metodológico

Primeiramente caracterizou-se os instrumentos utilizados para a realização do experimento. O experimento foi realizado em várias etapas, onde em cada etapa houve mudanças na massa do carrinho ou na massa do porta-massas. Todo o experimento foi realizado no plano horizontal.

Foi necessário verificar se o trilho estava nivelado. Para tal averiguação, o carrinho foi colocado no meio do trilho e o compressor foi ligado. O trilho estará nivelado no momento em que o carrinho não fizer nenhum movimento preferencial para algum dos lados.

O carrinho foi colocado em uma das extremidades do trilho de ar, enquanto que na outra extremidade foi colocado uma roldana. Ligou-se um fio entre o carrinho e o porta-massas, este foi deixado na extremidade oposta do trilho de ar.

A primeira medição foi dividida em duas partes. Na primeira parte, os sensores cinco foram colocados nas posições pré-definidas, ficando em 20, 40, 60, 80 e 100 cm. Colocou-se 100g de lastro no carrinho, sendo 50g de cada lado e 50g no porta-massas. Ligou-se o compressor e após 10 segundos o carrinho foi solto. Os sensores registraram o tempo que o carrinho levou para se deslocar entre cada ponto. Após isto, os sensores foram realocados, ficando nas posições 100, 120, 140, 160 e 180 cm. Novamente o tempo foi registrado; então construiu-se a Tabela 1, com duas colunas (posição (cm) e tempo (s)) e 9 linhas. A partir da posição de 120 cm, somou-se o tempo da posição de 100cm.

Figura 3: Massas de 50g.

Em seguida foi construída a Tabela 2, com dados do tempo mediano (s) e velocidade média (cm/s), com 8 linhas de dados. Com os dados da Tabela 2, foi feito um gráfico de pontos, utilizando-se do programa sciDAVis.

No passo seguinte, colocou-se 400g de lastro no carrinho, sendo 200g de cada lado. Os sensores foram posicionados em 20, 35, 50, 65 e 80 cm. Foram realizados 5 ensaios, onde o primeiro ensaio foi realizado sem nenhuma massa no porta-massas; no ensaio 2 foi colocado 5g no porta-massas; no ensaio 3 foi colocado 10g; no ensaio 4 utilizou-se 15g e no ensaio 5 foi colocado 20g. O procedimento foi semelhante ao primeiro experimento.

Com os dados dos ensaios, foi possível fazer a Tabela 3, com os dados de posição e tempo de cada um dos 5 ensaios. Para cada um dos ensaios foi feita uma tabela (4,5,6,7,8), onde há informações de tempo mediano (s) e velocidade média (cm/s). Para cada uma destas tabelas, construiu-se um gráfico de pontos no sciDAVis.

2.3 Obtenção dos Dados

Os dados foram obtidos na cidade de Itajubá no dia 24 de agosto de 2015.

Tabela 1 - Posição e tempo para a passagem do carrinho em cada sensor

Sensores Posição (cm) Tempo (s)

1 20 0

2 40 0,24860

3 60 0,42930

4 80 0,57390

5 100 0,70765

1' 120 0,84915

2' 140 0,98900

3' 160 1,12450

4' 180 1,26200

Fonte: Laboratório de Física 1 – UNIFEI

Com base na Tabela 1, foi feita a Tabela 2, contendo o tempo mediano (s) em uma coluna e velocidade média (cm/s) em outra. Tais variáveis foram