Laboratório de Física - MRU

01. Introdução

O estudo dos movimentos tem várias aplicações práticas no cotidiano da população. Quando se aproxima de um radar de velocidade, por exemplo, o condutor de um automóvel deve verificar a velocidade atual para não ser multado.

Profissionalmente, esse conhecimento é bastante utilizado por diversas profissões e atividades que dependem desse domínio no intuito de buscar a exatidão de procedimentos influenciados pela velocidade, aceleração e outros aspectos que influenciam na forma como uma partícula qualquer se movimenta.

Como exemplo, pode-se citar a indústria automobilística que usufrui dessa área de estudo para projetar carros com maior potência e segurança. A utilidade é expandida para as corridas das diversas categorias do automobilismo, buscando eficiência para vencer a competição.

Nesse intuito, o presente relatório inicia o estudo dos movimentos, concentrando-se no movimento de uma partícula em trajetória retilínea, com o mínimo de atrito, em laboratório. Sendo este o princípio do estudo mais aprofundado que objetiva-se conseguir na disciplina de Mecânica da Partícula.

02. Fundamentação Técnica

Tudo o que conhecemos está em movimento. Tudo vai depender do ponto referencial e mesmo um objeto aparentemente em repouso pode estar se movimentando, devido ao movimento de rotação da Terra.

Para o estudo dos movimentos, chamado na física de cinemática, é necessário, antes, definir alguns termos, como: posição e deslocamento, velocidade, velocidade média e Movimento Retilíneo Uniforme (MRU).

02.1 Posição e Deslocamento

Localizar um objeto no espaço depende de um referencial, definido como origem, em relação a um eixo de deslocamento. Para este trabalho, considera-se um eixo unidimensional de trajetória retilínea com movimento apenas em um sentido.

Assim, a origem, ou ponto 0, é o início do eixo considerado e o seu deslocamento será a distância entre essa origem e a posição atual da partícula.

O deslocamento, grandeza eminentemente vetorial, também dito como variação de espaço será medido por: Δ𝑋=𝑋𝑓− 𝑋𝑖

Fórmula 1: deslocamento

No qual:

Δ𝑋 é a variação de espaço ou deslocamento;

𝑋𝑓 é a posição final da partícula;

e 𝑋𝑖 é a posição inicial da partícula.

O sinal do resultado indicará em que sentido a partícula se deslocou, se a favor do eixo considerado ou contra.

02.2 Velocidade e Velocidade Média

A velocidade, também vetorial, é uma relação entre espaço e tempo que pode indicar o quão rápido é o movimento de uma partícula ou objeto. Por ser vetorial, o seu sinal também indica em que sentido da trajetória o deslocamento é efetuado, em relação a origem.

Como bem se sabe, uma partícula não, necessariamente, mantém a velocidade instantânea constante, mas é possível se ter uma ideia do comportamento dessa grandeza através do estudo da Velocidade Média.

A Velocidade Média pode ser medida por: 𝑉𝑚=Δ𝑋Δ𝑡=𝑋𝑓−𝑋𝑖𝑡𝑓−𝑡𝑖

Fórmula 2: Velocidade Média

No qual:

𝑉𝑚 é a velocidade média;

Δ𝑋 é a variação de espaço;

é Δ𝑡 é a variação de tempo.

02.3 Movimento Retilíneo Uniforme (MRU)

O MRU é um movimento inicial no estudo dos movimentos na cinemática. Nesse caso específico, a partícula se movimenta em trajetória retilínea e com velocidade constante, ou seja, sem aceleração.

A posição desse movimento pode ser definida pela equação abaixo: 𝑋(𝑡)= 𝑋0+ 𝑉0.𝑡

Fórmula 3: posição no MRU

No qual:

𝑋(𝑡) é a posição da partícula em um instante 𝑡 do movimento;

𝑋0 é a posição inicial da partícula;

𝑉0 é a velocidade inicial da partícula.

No MRU, como não há aceleração, a Velocidade Média será igual a Velocidade Inicial, já que a velocidade é constante. Assim:

𝑉𝑚=𝑉0, então: 𝑋(𝑡)=𝑋0+𝑉𝑚.𝑡

Fórmula 4: posição no MRU

03. Procedimento Experimental

Em laboratório, reunidos todos os acadêmicos deste grupo, com a orientação do professor responsável iniciou-se a preparação do equipamento para realização do procedimento experimental.

Foram utilizados: um trilho de ar, carrinho, cronômetro e régua.

Primeiro passo: foi verificado se o trilho de ar se encontrava nivelado utilizando uma régua de nivelamento com três bolhas. Como o trilho apresentava trajetória paralela à superfície, passou-se ao próximo passo.

Segundo passo: com a utilização de uma régua métrica, os cinco sensores foram posicionados para as distâncias:

- do sensor 1 para o sensor 2: 10cm;

- do sensor 2 para o sensor 3: 15cm;

- do sensor 3 para o sensor 4: 20cm;

- do sensor 4 para o sensor 5: 25cm.

Terceiro passo: o trilho de ar e o cronômetro foram ligados. O cronômetro foi zerado e o carrinho posicionado no início da trajetória, junto ao eletroímã que o mantinha em repouso.

Quarto Passo: desligou-se o eletroímã, iniciando o movimento do carrinho sobre o trilho de ar.

Quinto Passo: as medidas de tempo, em segundos, foram anotadas para cada intervalo entre os sensores.

Sexto Passo: repetiu-se o procedimento por mais três vezes, sempre anotando os resultados.

04. Resultados

A Tabela 1, a seguir, registra a medição apresentada pelo cronômetro nas quatro tentativas realizadas.

A distância total foi de 70 cm, dividido em quatro intervalos, conforme exposto no segundo passo