LABORATÓRIO 3 –FORÇAS DISSIPATIVAS

LABORATÓRIO 3 –FORÇAS DISSIPATIVAS

Alvaro Furusho Garcia - 2017018309

Resumo. A experiência foi efetuada em uma aula laboratorial de Física na Universidade Federal de Itajubá. Teve-se como foco analisar a interferência das forças dissipativas através de medições do deslocamento do carrinho em função do tempo e massa. Com o uso do trilho metálico inclinado e compressor de ar serviu como meio de trajetória com atrito mínimo para o carrinho. O carrinho fez os mesmos passos, sem e com um anteparo de papelão, o qual foi acoplado a ele para aumentar sua superfície de contato. A interferência da força de arrasto nos permitiu traçar gráficos e equações relativas ao movimento do carrinho com a presença de forças dissipativas e registrar os coeficientes da aceleração.

Esse experimento foi efetuado em uma aula laboratorial de Física na Universidade Federal de Itajubá. O objetivo da experiência foi executar medidas físicas em relação ao movimento retilíneo, tanto uniforme quanto variado, dando ênfase a obtenção das medidas de tempo e distancia, posteriormente, o uso dessas medidas primárias para obter as diferentes variações de velocidade, além da organização dos dados corretamente, em relação aos erros estatísticos, tabelas e gráficos que comprovem o seu comportamento. A metodologia utilizada foi a medição e verificação da resistência ao ar, no movimento do carrinho, experimento realizado com o auxílio de um compressor de ar, uma placa retangular de papelão, e fórmulas pré-estabelecidas.

---

---

1.        INTRODUÇÃO

        Galileu foi o criador da ciência dos corpos em movimento, à qual se dá hoje o nome de dinâmica. Descobriu, por exemplo, a lei da inércia, segundo a qual todo corpo em movimento segue uma trajetória retilínea, na ausência de uma força externa, analogamente, todo corpo em repouso permanece em repouso na ausência se forças externas. A inércia seria, segundo Galileu, a tendência dos corpos a se manterem em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme[1].

        Criou-se o método experimental e verificou nas suas experiências o movimento retilíneo uniforme, que não tem ação de força; ele disse que nesse movimento a velocidade é constante em todo o percurso de um corpo. A velocidade é constante e diferente de zero (V≠0) e a aceleração é nula (a = 0).

        O trilho de ar comprimido é um sistema que gera um colchão de ar entre o trilho e o carrinho de cerca de meio milímetro de espessura, provocando, assim, uma redução drástica do atrito – que pode ser desprezado – envolvido no movimento deste sobre o trilho, possibilitando, então, o estudo do MRU.

        O resultado dos dados coletados seria, então, comparado com o previsto pela teoria: Velocidade deve ser constante, a distância percorrida no mesmo intervalo de tempo deve ser igual.

Para tanto, tornou-se necessário tornar os dados coletados confiáveis, isto é, mais próximos do real possível. Nesse sentido, aplicamos a teoria do erro que visa minimizar erros processuais.

2.        MATERIAIS E MÉTODOS

2.1        Materiais

        Para a realização do experimento realizado foram necessários os seguintes materiais (imagens dos materiais podem ser encontradas nas Figuras 1 e 2):

1. Trilho de ar metálico com 2m de comprimento;
2. Compressor de ar (Marca PHYWE); [Figura2]
3. Carrinho metálico para o trilho;
4. Cronômetro multifuncional digital (Marca CIDEPE, Modelo EQ228A) com precisão de 50µs, faixa dinâmica {0,00005...99,99995}s e erro de 20µs;
5. 2 sensores ópticos de passagem com suportes;
6. Paquímetro (Marca Digimess, modelo analógico) graduado em milímetros, com uma faixa dinâmica de 0,02 mm a 150 mm e com um erro de 0,01 mm;
7. Calço de madeira com altura equivalente à (23,10±0,01) mm
8. Anteparo de papelão
9. Régua (Marca Xalingo), com uma faixa dinâmica {0,1...40,0}cm e erro de 0,05cm;

Figura 1- Materiais utilizados

[pic 1]

Figura 2 - Compressor de ar

[pic 2]

2.2        Modelo Metodológico

                A princípio, para obter medidas mais precisas em relação ao tempo de deslocamento do carrinho, foi necessário a medição das massas que seriam encontradas nos dois futuros ensaios de repetições. Dessa forma, a diferença entre a massa do carrinho com a placa superior e o anteparo de papelão é obtida para a análise de dados

        A fim de se obter os dados, foram utilizadas as distâncias já pré-estabelecidas entre os dois sensores opticos (150±3)mm, junto aos valores de tempo dados pelo cronômetro de acordo com a passagem do carrinho pelos sensores. Com os sensores posicionados nas posições 20 e 35cm respectivamente, ao ligar o compressor de ar, registramos 10 repetições, movimentando os sensores 15 cm para frente a cada repetição. Tanto para as medidas com o carrinho, movimentando-se pelo trilho inclinado, sem o anteparo e com o anteparo de papelão. Os respectivos dados estão representados nas Tabelas 1 e 2.

Nas últimas duas colunas das tabelas, para se obter o Tmed (s) e o Vmed (m/s) foi-se usado as seguintes equações:

[pic 3](1)

[pic 4](2)

Na intenção de fazer futuras analises com a aceleração do carrinho, foi necessário registrar o ângulo de inclinação do trilho, provocado pelo calço de madeira. Para o manuseio destes dados utilizamos as seguintes equações:

                       (2) [pic 5]

                           (3)[pic 6]

Sendo assim, utilizando as equações 2 e 3, foi possível a obtenção de uma aceleração teórica, necessária para comparar com a aceleração obtida experimentalmente.

Para efetuar o experimento com a análise das forças dissipativas, posicionamos o anteparo de papelão perpendicularmente a trajetória do carrinho no trilho de ar. Assim, uma medida de tempo foi gerada a cada passagem pelos sensores. Como as velocidades envolvidas são pequenas, a força de arrasto pode ser considerada proporcional à velocidade. Portanto, considerando n=1, FA = -b×v.

Para descobrir se a aceleração e, portanto, a velocidade do carrinho em movimento inclinado, foram utilizadas as Equações 2 e 3, respectivamente. Além de calcular esses valores, foram gerados dois gráficos. O Gráfico 1, que diz respeito aos dados da tabela 1 e o Gráfico 2, que diz respeito à tabela 2. A aceleração foi calculada também pelo ajuste de polinômio do Gráfico 2, gerado pelo programa SciDAVis®.

...