LABORATÓRIO DE FÍSICA - RELATÓRIO 02

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO-UFMA [pic 1]

CAMPUS PINHEIRO-MA

CENTRO DE CIÊNCIAS NATURAIS-BIOLOGIA

Cleverson Danrley Cruz Dias

LABORATÓRIO DE FÍSICA - RELATÓRIO 02

SISTEMA OSCILANTE MASSA-MOLA

1. INTRODUÇÃO:

          Na natureza, existe um grande número de fenômenos em que se observam eventos periódicos. As ondas sonoras, a vibração de uma corda, as radiações eletromagnéticas e o movimento dos elétrons em um campo elétrico alternado são alguns exemplos de fenômenos que apresentam grandezas com comportamento oscilatório e periódico. Um sistema muito usado para estudar os movimentos oscilatórios e periódicos é o sistema massa-mola.  

  O oscilador massa-mola é constituído por um corpo de massa m ligado a uma mola de constante elástica k, presa a uma superfície. Cada mola tem a sua constante elástica, que depende do material de que é feita e da sua geometria. O corpo executa MHS sobre uma superfície ´vertical ou horizontal sem atrito. Quando a mola é comprimida (ou esticada) e liberada, o corpo passa a executar um movimento unidimensional de vai e vem. O movimento é regido pela Lei de Hooke, que relaciona forca restauradora com o deslocamento da massa, como mostrado na figura 1. [pic 2]

[pic 3][pic 4]

[pic 5]

2. OBJETIVOS:

• Entender os princípios básicos do oscilador massa-mola;
• Determinar a rigidez ou constante elástica de uma mola;  
• Identificar as formas de energia mecânica no sistema massa-mola;  
• Construir o gráfico da força-peso versus a deformação da mola;  
• Descrever o processo de transformação entre as formas de energia no sistema;  
• Determinar o período e a frequência do oscilador massa-mola;
• Determinar os valores das energias do sistema;

3. FUNDAMENTAÇÃO TÉORICA:

Os movimentos harmônicos simples estão presentes em vários aspectos de nossas vidas, como nos movimentos do pendulo de um relógio, de uma corda de violão ou de uma mola. Esses mecanismos realizam movimentos de “vai-e-vem" em torno de uma posição de equilíbrio, sendo caracterizados por um período e por uma frequência. Um movimento é dito oscilatório ou vibratório quando o móvel se desloca periodicamente sobre uma mesma trajetória, indo e vindo para um lado e para outro em relação a uma posição média de equilíbrio. Essa posição é o ponto sobre a trajetória, para o qual a resultante das forças que agem sobre o móvel, quando a passa, é nula. Desse tipo são o movimento de um pendulo, o movimento de uma lamina vibrante e o movimento de um corpo preso a extremidade de uma mola.

O movimento de oscilação mais elementar é o movimento harmônico simples (MHS) Um exemplo de MHS é a oscilação de um corpo preso a uma mola quando o atrito no sistema é desprezível (ver Figura 1). Num MHS, a abscissa x que determina a posição do corpo oscilante, medida a partir do ponto de equilíbrio, denomina-se elongação. O valor máximo da elongação recebe o nome de amplitude (A). O sistema massa-mola, mostrado na Figura 1, é um exemplo de sistema oscilatório simples. O movimento é regido pela Lei de Hooke, que relaciona forca restauradora com o deslocamento da massa:

                                                                      (1)        [pic 6]

Onde f é a forca elástica em Newtons, x é o deslocamento em metros e k é a constante elástica da mola.

Por esse sistema descrever um movimento periódico, é importante também definir as grandezas físicas Período (T) e a frequência ( f ) como segue abaixo:

        e                        (2)[pic 7][pic 8]

O sistema massa-mola apresenta as energias mecânica, cinética e a potencial elástica. A primeira associada aos corpos em movimento dotados de velocidade, ou seja a energia de movimento. A segunda está associada à capacidade de deformação em um elástico causada pela força elástica. Tendo que a unidade de medida de energia no SI é o joule, símbolo J. As energias cinética e potencial elástica, são apresentadas matematicamente da seguinte forma.

                      e                 (3)[pic 9][pic 10]

4. METODOLOGIA:

O experimento apresentado a seguir fornece resultados práticos da relação de como se comporta um sistema oscilante massa-mola de acordo com os princípios da mecânica oscilatória e do movimento harmônico simples (MHS). A realização desse relatório se dá por meio de uma atividade prática no laboratório de física, para fins de saber como ocorre o movimento oscilatório no sistema massa-mola e assim por final determinar o período e a frequência do oscilador e calcular os valores das energias do sistema, estudos e pesquisas em sites da web e livros de física em geral foram realizados para maior compreensão e aplicação dos conceitos.  

MATERIAIS ULTILIZADOS:

Escala linear milimétrada;  

1 Mola;

5 Corpos de massas iguais;

1 Gancho lastro;

Tripé universal e haste metálica;

Dinamômetro;

Balança analítica;

5. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS:

01- Determinar o valor das massas dos 5 corpos que serão utilizadas neste experimento.

Foram utilizadas neste experimento 5 (cinco) corpos de igual massa para montar o sistema massa-mola. A massa dos corpos foi medida através da balança analítica começando com o corpo 1 e sobrepondo os seguintes sem retirar o anterior, até o corpo 5 chegando aos seguintes resultados: