O RELATÓRIO SOBRE FORÇAS DISSIPATIVAS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

RELATÓRIO SOBRE FORÇAS DISSIPATIVAS

Itajubá – MG

2022

ARRASTO HIDRODINÂMICO

Resumo:

O seguinte relatório avaliativo tem como objetivo mostrar, a partir de ensaios e análises, o uso das forças dissipativas. Essas, são essenciais no estudo da física e no desenvolvimento profissional dos estudantes de engenharia. O objetivo então, é uma compreensão mais a fundo do conteúdo e um trabalho empírico envolvendo o tema. O relatório utiliza cálculos, tabelas e gráficos junto a parte escrita, ajudando no estudo do tema e na explicação deste, além de conclusões sobre as leis e seus efeitos na prática. Após todas as avaliações foi possível uma clara compreensão do funcionamento das forças dissipativas, e da comprovação e visualização de como elas atuam no experimento e no cotidiano.

1.        INTRODUÇÃO

As forças dissipativas tratam-se da transformação da energia mecânica em outras formas de energia, as quais estão presentes em praticamente todos os sistemas físicos. No relatório, é verificado uma ação da força dissipativa denominada “arrasto hidrodinâmico”, no qual diz que todo corpo em movimento em um fluído estará sujeito a uma força contrária a esse movimento, e proporcional a uma potência de sua velocidade. A fórmula desta ação é a seguinte:

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Diante disso, este experimento foi realizado com auxílio de um aparato em que um carrinho se movimenta em um trilho de ar inclinado. Foram realizados dois ensaios, um com o carrinho livre de forças dissipativas e outro com um acoplamento de uma vela que proporcionou o aumento na área da secção transversal, na qual a força de resistência do ar foi consideravelmente maior. Para coleta de dados, faz-se o uso de uma trena fixa no trilho, uma balança digital e programas computacionais que avaliam o movimento.

2.        MATERIAIS E MÉTODOS

2.1        Materiais

1. Trilho de ar metálico Phywe:

a) Unidade: centímetros (cm)

b) Precisão de Medida: 0,1

c) Erro de medida: 0,05 cm

d) Faixa dinâmica de medida: 0 a 200cm

2. Compressor – Soprador de ar Phywe

3. Carrinho metálico

4. Cronômetro multifuncional digital EQ228A (Cidepe) com fundo de escala 99,99995s:

a) Unidade: segundos (s)

b) Precisão de medida: 100 μs 

c) Erro de medida: 50 μs

5. 5 sensores óticos de passagem com suportes

6. Unidades de massa para lastro do carrinho (5g, 10g, 50g)

7. Calço de madeira

8. Calculadora científica

9. Computador com o programa SciDAVis

10. Paquímetro:

a) Unidade: milímetros (mm)

 b) Precisão de medida: 0,05 mm

c) Erro de medida: 0,025 mm

d) Faixa dinâmica de medida: 0,05 mm a 200 mm

11. Balança Digital:

a) Unidade: gramas (g)

b) Precisão de medida: 0,1g

c) Erro de medida: 0,05g

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Figuras 1 e 2: Trilho de ar metálico Phywe de 2 metros de comprimento para realização do experimento, juntamente com a balança, cronometro, o calço de madeira e a “vela” de papelão.

2.2        Modelo Metodológico

O experimento realizado foi dividido em duas partes (Ensaio 1 e Ensaio 2), a primeira parte evidencia o movimento retilíneo uniformemente variado, sem a presença de uma força dissipativa, enquanto na segunda parte surge sobre o carrinho uma força contrária ao movimento.

Antes de iniciar o primeiro ensaio, com o auxílio da balança digital, foi aferida a massa do carrinho sem qualquer lastro, o qual encontramos:  = (190,40 ± 0,05) gramas. Após, foi também medida a massa do carrinho com um anteparo de papelão, representando uma “vela”, encontramos assim:  = (225,00 ± 0,05) gramas. A fim de que a massa total do carrinho seja igual nos dois ensaios, a diferença entre os pesos dele, com e sem a vela, foram balanceados com um adicional de lastros no carrinho durante o Ensaio 1, aproximadamente (35,00 ± 0,05) gramas de lastros adicionados. [pic 5][pic 6]

O trilho metálico foi inclinado o com o auxílio do calço de madeira, colocado sob o pé unitário do trilho. A altura do calço foi medida com o auxílio do paquímetro, o qual encontramos: h = (34,200±0,025) mm. A distância entre os apoios do trilho (pés duplo e unitário) também foram medidos, assim encontramos o valor de: L = (100,0±0,2) cm.

Inicialmente posiciona-se os 5 sensores óticos ao longo do trilho, nas posições exatas de 20 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm e 100 cm da extremidade inicial, de maneira a distassem 20 cm entre si. Devido ao tamanho físico da placa e dos sensores, iremos adotar um erro padrão de ±2mm para a posição dos sensores.

Após realizar o procedimento descrito acima o cronômetro e o compressor de ar foram ligados e o carrinho perfeitamente posicionado na extremidade elevada do trilho. Com isso, o carrinho foi largado da sua posição inicial, descendo sob ação da gravidade, de modo que quando atravessou o primeiro sensor, sua velocidade era diferente de zero.

Para concluir o Ensaio 1, os 5 sensores óticos foram reposicionados ao longo do trilho, nas posições exatas de 100 cm, 120 cm, 140 cm, 160 cm e 180 cm da extremidade inicial, também equidistantes 20 cm entre si. O cronômetro e o compressor de ar foram novamente ligados e o carrinho outra vez solto da extremidade elevada do trilho.

Para o segundo ensaio, foram retiradas as massas de lastro do carrinho e a placa superior que faz o corte de luz dos sensores, colocando a “vela” de papelão no lugar. O anteparo ficou perpendicular a direção do trilho. Após o procedimento anterior, repetiu-se os atos descritos nos parágrafos dois três e quatro.

Ao final dos procedimentos descritos acima e com base nos valores dos tempos fornecidos pelo cronômetro nos dois ensaios, foi possível confeccionar a Tabela 1, na qual foi necessário somar o valor do tempo do quinto sensor, da primeira parte do movimento do carrinho, aos tempos fornecidos pela segunda parte do movimento do carrinho, nos dois ensaios. Além disso os erros referentes a esses sensores foram obtidos por meio da equação: