A Força Impulsiva

[pic 1] 

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO

CAMPUS DE VOTUPORANGA/SP

 

                     ENGENHARIA CIVIL

FÍSICA EXPERIMENTAL II

                (Grupo A)

 

 

 

  

 

Experimento: Forças Impulsivas

 

 

  

 

 

Discentes:

Bryan Cauê U. G. Santos VP3010317

Daniel Nantes Lopes VP3010406

Lorraine Roberta Ferreira VP3011143

Maria Eduarda Alves- VP3010767

Maristela Aparecida Correa Ortiz - VP3010171

Sérgio Tukamoto VP300659X

 Vinícius Cerri Provazi VP3011372

 

 

 

Docente:

Prof. Dr. Robyson dos Santos Machado 

 

 

Votuporanga - SP  2021

Lista de figuras

Figura 1 - Esquema de Conservação de Energia no experimento de forças impulsivas.

Figura 2 -  Materiais utilizados no experimento.

Figura 3 -  Dados fornecidos pelo professor.

Figura 4 -  Área do gráfico da força x tempo - fio de Nylon.

Figura 5 -  Área do gráfico da força x tempo - fio de Algodão.

Figura 6 - Gráfico comparativo da Força (N) em função do tempo (s) do fio de nylon e fio de algodão.

Figura 7 - Gráfico da forca em função do tempo de dois tipos de cordas (fornecido pelo professor).

                 

Sumário

Introdução        4

Objetivo        6

Metodologia        6

Materiais Utilizados:        7

Procedimentos:        7

Resultados        8

Fio de Nylon        8

Fio de Algodão        9

Discussões        10

Conclusão        11

Anexos        12

Referências bibliográficas        12

Introdução

O bungee jumping, é um esporte radical, no qual um desportista é amarrado na cintura ou nos pés por um cabo elástico, e salta de um ponto alto, sofrendo uma queda livre. Nessa situação, a sua força peso, a única atuante nesse primeiro momento, faz com que esse cabo seja alongado até seu ponto máximo, puxando-o para cima novamente por meio do impulso sofrido pela tração. Nesse caso, do ponto de vista físico, temos o princípio de forças impulsivas.

Dessa forma, de acordo com a Segunda Lei de Newton, a força resultante  é a soma de todas as forças que atuam sobre um corpo, onde temos a variação do momento linear em um certo intervalo de tempo, . Por meio dessa perspectiva, isolando o △p, vamos obter:[pic 2][pic 3]

[pic 4]

   (Equação 1)[pic 5]

Desse modo, de acordo com a equação 1, o produto da força pela variação do tempo, é igual ao valor do Impulso. Sendo assim:

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Nesse sentido, como o impulso da força resultante é igual a variação da partícula △p, vamos obter uma equação conhecida como Teorema do Impulso:

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Nessa perspectiva, o impulso será encontrado por meio da área do gráfico da força sobre a variação do tempo.

Nesse experimento, um objeto de massa conhecida é abandonada de certa altura com uma velocidade inicial (Vi), que por estar presa em um determinado fio, sofre um impulso por conta da força de tração. Dessa forma, depois da freada, parte da energia cinética é perdida, acarretando, assim, em uma outra velocidade de retorno (Vf).

Figura 1- Esquema de Conservação de Energia no experimento de forças impulsivas

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Fonte: Elaborado pelos autores (2021)

Sendo:

   - Epgi: (Energia potencial gravitacional antes da freada)

   -Vi: (velocidade inicial antes da freada)

   -Eci: (Energia cinética antes da freada)

   -Epgj: (Energia potencial gravitacional após a freada)

   -Vf: (velocidade final, depois da freada)

   -Ecj: (Energia cinética após a freada).

Ao analisar o esquema anterior, percebe-se que durante a queda a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética. Na volta, ou seja, após a freada, devido a força de tração, o objeto se move novamente na vertical, onde a energia cinética se transforma em potencial gravitacional. Nesse sentido, por se tratar de um experimento de Forças Impulsivas, onde não há a conservação de energia, a velocidade inicial e final são diferentes.

Seguindo esse pressuposto, podemos relacionar esses fatores, e encontrar a velocidade inicial:

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Realizando essa igualdade por meio das respectivas fórmulas das energias descritas, obtemos:

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Isolando a variável Vi:

                                                          (Equação 2)[pic 12]

Como dito anteriormente, após a freada, o objeto passa a se mover na vertical para cima novamente, com uma velocidade final menor que a inicial. Dessa forma, para encontrarmos Vf, vamos utilizar a fórmula do Impulso:

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                                                       (Equação 1)[pic 15]

Dessa forma, basta isolar Vf, lembrando de substituir o coeficiente I pela área do gráfico disponibilizado no roteiro.

Outro objetivo do experimento é descobrir a fração perdida de Energia cinética após a colisão, por meio da variação dessa energia, sendo assim:

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Colocando em evidência os fatores comuns vamos obter:

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Vi em evidência:

                                                  (Equação 3)[pic 19]