Relatório de Movimento Bidimensional

LEIS DE NEWTON

Antonio Augusto de Araujo Fernandes - 34821

Rui da Silva Reis - 24120

Lucas Chaves da Silva – 30831

Resumo. O experimento demonstra as aplicações das leis de Newton através da análise do movimento de um corpo em uma superfície sem atrito. O objetivo do experimento foi obter leis físicas para o movimento de forma empírica, a fim de entender o significado do movimento fisicamente.  Foram efetuadas medidas primárias de deslocamento, tempo e massa e, a partir delas, derivaram-se as medidas de velocidade, força e aceleração. Para tal, foi utilizada uma mesa de ar, um carrinho e diferentes tipos de peso em um portas-massa colocado na extremidade oposta. Por fim, com as medidas derivadas, foram plotados diversos gráficos, a partir dos quais se podem analisar os diferentes tipos de movimento encontrados.

1. INTRODUÇÃO

        Até meados do século XVII, estudos acerca da causa dos movimentos foram realizados, porém, foi apenas com Isaac Newton (1642-1727) que se chegaram a métodos físicos-matemáticos conclusivos, e relacionou-se a força como explicação para o problema.

        Como base, os estudos de Newton tinha 3 leis.

• Primeira Lei de Newton (Lei da Inércia)

O objeto analisado manterá sua velocidade constante ou permanecerá em repouso, a não ser que uma força externa aja sobre ele.

• Segunda Lei de Newton (Lei de Força)

A força resultante que age sobre um corpo é igual a massa deste multiplicado por sua aceleração, segundo a fórmula:

         
                  [pic 1]              (1)

                 

Dentro da 2ª Lei, há conceitos importantes, como o de Força Gravitacional, Peso, Força Normal, Força de atrito e  Tração.

A força Gravitacional realizada sobre um corpo é aquela em que um segundo corpo exerce um tipo de atração sobre o primeiro. Ou seja, é a força que age sobre um corpo atraindo-o para o centro da Terra. Se dá pela fórmula:

[pic 2]             (2)

O Peso de um objeto é a força necessária que impede que este caia livremente em relação ao solo.

          

                [pic 3][pic 4]             (3)

                 

Onde m é a massa do corpo e g aceleração da gravidade.

Quando um corpo exerce uma força sobre uma superfície, esta reage e empurra o corpo através da Força Normal, perpendicular à superfície. Seu módulo é dado pela seguinte equação (4):

        
[pic 5] 

                               (4)

Onde ay é a aceleração vertical do corpo, e g é a aceleração a gravidade.

A força de atrito é paralela á superfície e faz com que haja resistência ao movimento. Há dois tipos e atrito, o estático (equação 5) e dinâmico (equação 6).

                 

                
[pic 6]           (5)

Onde Fatest é a força de atrito estático; μest é o coeficiente de atrito estático; N é a Força Normal.

                
                  [pic 7]                (6)                          

Fatd é a força de atrito dinâmico; μd é o coeficiente de atrito dinâmico; N é a Força Normal.

Quando um corpo é puxado por um fio ideal, tem-se a Força de Tração. O nome se dá pois o fio está sendo tracionado.

• Terceira Lei de Newton (Lei de Ação e Reação)

Na interação entre dois corpos, a força de cada um exercida sobre o outro é de mesma intensidade, direção, e de sentidos opostos.

 No experimento descrito neste relatório, utilizou-se uma mesa de ar, na qual há pequenos furos por onde saem jatos de ar, fazendo com que o disco, que é o objeto analisado, deslize e a fim de proporcionar um atrito praticamente desprezível.

         Ao decorrer deste relatório, serão descritas passo a passo as formas como foi analisado o movimento do objeto, que teve seu movimento impulsionado, e aceleração gerada, pelo Peso de massas pendulares. A partir dos dados obtidos, obteve-se um aprimoramento no estudo das Leis de Newton.

2.        MATERIAIS E MÉTODOS

        Com o objetivo de estudar as leis de Newton, foi montado um experimento no qual um carrinho metálico percorria um trilho de ar puxado por diferentes tipos de massas colocadas em um porta-massas na extremidade oposta. Abaixo constam os materiais necessários para o estudo.

2.1        Materiais

        Foram utilizados os seguintes materiais no experimento:

• Cronômetro EQ228A;

  - Precisão: 50μs

          - Erro: 25 μs

          - Faixa Dinâmica:

              {0,000005...99,99995}s

                

• Compressor de ar PHYWE, 127 V,         60 Hz.

• Trilho de ar PHYWE;

                -Faixa nominal: {1...2000} mm

                -Precisão: 1 mm

                -Erro: 0,5 mm

•5 Sensores fotoelétricos:

-Cidepe,conectados ao cronômetro         digital

-Cidepe EQ228A,80-230V, 50 a         

60Hz

• Carrinho metálico para o trilho (objeto de movimento).

[pic 8]

 Figura 1  – Trilho de ar sensores fotoelétricos.  Fonte: Laboratório de Física da Universidade Federal de Itajubá.

• Balança

  - Precisão: 0,1g