OSCILADOR HARMÔNICO AMORTECIDO

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INSTITUTO FEDERAL DE CIÊNCIA, TECNOLOGIA E EDUCAÇÃO DE SERGIPE

LABORATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II

GILMAR SANTANA VIEIRA

 

OSCILADOR HARMÔNICO AMORTECIDO

Estância

2016

GILMAR SANTANA VIEIRA

OSCILADOR HARMÔNICO AMORTECIDO

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Estância

2016

RESUMO

Um oscilador harmônico é qualquer sistema que apresente movimento harmônico de oscilação. Corresponde a um sistema que quando tirado da posição de equilíbrio apresenta uma força restauradora F, proporcional ao deslocamento x de acordo com a Lei de Hooke onde mostra que F = -kx onde x é uma constante positiva, dita constante elástica. Objetivo: determinar a relação funcional que existente entre o deslocamento e o tempo durante um exemplo de movimento harmônico simples. Materiais e métodos: O experimento foi realizado em três etapas, ambas com o objetivo de determinar a variação do deslocamento. O que diferenciou cada etapa foi o a forma de resistência do sistema. No primeiro, além do próprio sistema não apresentava nenhum recurso de resistência ao ar, no segundo caso, preso ao sistema estava um pedaço de plástico, que possibilitaria uma redução de deslocamento maior, no terceiro caso, além do disco, o sistema foi posicionado de forma que entrasse em contato com a água. Discussão: Com os dados coletados foi possível responder questões norteadoras propostas que puderam facilitar a assimilação do conteúdo e mostrar que no movimento harmônico simples, fatores como massa específica podem comprometer ou ajudar na obtenção de resultados. Conclusão: Portanto, o experimento realizado mostrou que no oscilador harmônico no sistema massa-mola a variação dos resultados com o tempo, denota que o aumento ou redução da amplitude pode ou não se prolongar a depender do meio em que ocorra (ar ou água) e depende também da área de contato, quanto maior a área de contato do disposto com o meio menos será o seu tempo de oscilação.

Palavras-chave:  Movimento Harmônico Simples. Engenharia hidráulica. Resistência.

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SUMÁRIO

1.        INTRODUÇÃO        1

2.        OBJETIVOS        2

3.        MATERIAIS E MÉTODOS        2

4.        RESULTADOS E DISCUSSÃO        3

5.        CONCLUSÃO        7

6.        REFERÊNCIAS        8

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1. INTRODUÇÃO

Fluidos são todos os líquidos e os gases que possuem a capacidade de assumir a forma do recipiente em que são colocados. Eles se comportam dessa de tal forma, porque não resistem a forças paralelas à sua superfície.

Um oscilador harmônico é qualquer sistema que apresente movimento harmônico de oscilação. Corresponde a um sistema que quando tirado da posição de equilíbrio apresenta uma força restauradora F, proporcional ao deslocamento x de acordo com a Lei de Hooke onde mostra que F = -kx onde x é uma constante positiva, dita constante elástica. Se houver uma força de atrito que contraria o movimento como por exemplo podemos citar a própria força de resistência do ar e também pode ser citado um fluido, neste caso temos um oscilador harmônico amortecido. Nessa situação a frequência de oscilação é menor que no oscilador sem o amortecimento e como estudado na matéria de Física I essa amplitude na oscilação vai diminuir conforme o tempo passa e a energia mecânica é dissipada.

1. OBJETIVOS

Os objetivos deste relatório é analisar o processo de oscilação harmônica amortecida de um sistema de massa-mola sendo amortecido pelo ar e posteriormente em um fluido, além de responder um conjunto de onze questões para ajudar na fixação do conteúdo, no laboratório de Física Experimental do Instituto Federal de Sergipe (IFS) no dia 02 de dezembro de 2016, Campus de Estância, conforme solicitação, para os alunos do curso superior de bacharelado em engenharia civil.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

Para esse experimento proposto em sala foram utilizados os seguintes materiais:

Metodologia

O procedimento experimental em três partes. Na primeira foi analisado o processo de oscilação amortecida sem o disco de plástico preso ao dispositivo; Na segunda etapa foi analizado o mesmo processo, agora com um disco  de plástico fixado no dispositivo e, por fim,  na terceira etapa foi analisáda a oscilação dos disposito com o disco fixado dentro da água.

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Figura 1: Oscilador massa-mola amortecido

 Procedimento experimental para o dispositivo sem o disco:

1. Montar o dispositivo (fixando a mola no dispositivo);
2. Carregue a mola com uma massa de m = 50g (porta peso incluso);
3. Distenda a mola a Δ0 = 10 cm;
4. Leia as elongações do oscilador Δ1 a cada 0,5 minutos até 3 minutos;
5. Registrar os valores na tabela 1.

Procedimento experimental para o dispositivo com o disco:

1. Colar o disco de plástico na base do porta peso de m = 50g (porta peso incluso);
2. Carregue a mola com uma massa de m = 50g (com o porta peso incluso);
3. Distenda a mola Δ0 = 10 cm;
4. Leia as elongações do oscilador Δ2 a cada 0,5 minutos até 3 minutos;
5. Registrar os valores na tabela 2.

Procedimento experimental para o dispositivo imersso na água (com o disco):

1. Encha o dispositivo com água e distenda a porta peso com 100g;
2. Colar o disco de plástico na base do porta peso de m = 50g (porta peso incluso);
3. Carregue a mola com uma massa de m = 50g (com o porta peso incluso);
4. Distenda a mola 6 cm;
5. Deixe a mola oscilar;
6. Registrar Δ3, após 5s na tabela 3.

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Tabela com os valores das oscilações em função do tempo sem o disco de plástico e com ele contra a resistência do ar:

TEMPO (MIN)	SEM O DISCO DE PLÁSTICO (CM)	COM O DISCO DE PLÁSTICO (CM)
0	58,5	58,5
0,5	52,5	41,5
1	45,5	43,5
1,5	52	47,5
2	46	46,5
2,5	48,9	50
3	50	48

Gráfico das oscilações em função do tempo sem o disco de plástico e com ele contra a resistência do ar:

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Tabela com os valores das oscilações em função do tempo com o disco plástico e dentro da água: