Relatório Física Pendulo Mecânico

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ - UNIFEI

TRABALHO EXPERIMENTAL: PÊNDULO DE TORÇÃO

        

                                                

FÍSICA EXPERIMENTAL IV

TURMA 03

Professor: Hécio

ITAJUBÁ – MG
24/05/2021

Sumário

1. Objetivos.....................................................................................2
2. Introdução...................................................................................2
3. Materiais Utilizados.....................................................................5
4. Procedimentos e Resultados......................................................6
5. Discussão e Conclusão.............................................................10
6. Referências Bibliográficas.........................................................20

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1. Objetivos

Demonstrar que o torque aplicado a um pêndulo de torção é proporcional ao ângulo de torção e relacionar o mecanismo de perda de energia com o decaimento da amplitude do movimento do pêndulo.

1. Resumo 

Neste relatório apresenta um estudo sobre o pêndulo de torção, no qual consiste em um disco suspenso por um fio que passa pelo seu centro de massa, que oscila angularmente em um plano horizontal. Quando o disco girar, o fio de suspensão  sofrerá uma torção e exercerá um torque sobre o disco, de modo a fazê-lo voltar a posição de equilíbrio. O objetivo é demonstrar que este torque é proporcional ao ângulo de torção e relacionar a perda de energia do sistema com a diminuição do movimento do pêndulo. Para isso, montou-se três pêndulos com diferentes tipos de torção, variando a massa do sistema, o comprimento e número de fios. Posteriormente, foi medido o deslocamento e o tempo para calcular o torque e a energia. Com isso, demonstrou-se que o torque é proporcional ao ângulo de torção e que ocorre a diminuição da perda de energia conforme diminui o movimento do pêndulo.

Palavras-chave: Pêndulo de torção. Ângulo. Energia. Torque.

1. Introdução

O pêndulo de torção é um sistema físico que realiza oscilações harmônicas quando deslocado de sua posição de equilíbrio. Ele é constituído por um fio (ou haste) preso(a) a uma plataforma por sua extremidade superior, e um disco preso na sua extremidade inferior.

Quanto as oscilações, o corpo é girado em torno do seu eixo vertical, fato que gera uma deformação do fio que o sustenta, que tende a retornar ao seu estado original sob a influência do torque restaurador exercido pelo fio. Assim, a força restauradora, o torque, surge para eliminar as deformações deste tipo de sistema e restabelecer o equilíbrio.

Neste experimento, os objetivos são demonstrar que o torque aplicado a um pêndulo de torção é proporcional ao ângulo de torção e relacionar o mecanismo de perda de energia com o decaimento da amplitude do movimento do pêndulo. Para isso, realizou três sistemas diferentes. O primeiro consiste em um pêndulo com o coeficiente elástico de torção estático, o segundo com o coeficiente dinâmico e o terceiro de amortecimento.  Posteriormente, realizou a medida dos períodos e deslocamento do corpo nos sistemas, variando o comprimento e número do fio e a massa do corpo. Assim, realizou os cálculos necessários para provar os objetivos definidos anteriormente.

Desse modo, na sequência do relatório, será apresentada de forma mais detalhada, como foram montados os sistemas e como foram calculados e medidos todos os itens necessários para a formulação do experimento, assim como, os materiais utilizados e a conclusão obtida com isto.

1. Dados experimentais

1. Movimento oscilatório amortecido

O aparato do experimento foi colocado de forma que o cabo ficasse na horizontal. Foi feito o nivelamento com o nível de bolha e o ajuste do ponteiro no zero, a partir desse ajuste, usou-se um esquadro para verificar que a incidência do raio laser era perpendicular à régua, no zero. As medidas realizadas foram: a distância l do espelho até a régua e a distância L da ranhura ao centro do pêndulo.

Depois da preparação as cinco pequenas massas de cobre foram colocadas na ranhura do ponteiro. A cada massa colocada era medido o deslocamento do ponto incidente do laser na régua. Assim, obteve-se os respectivos resultados:

Tabela 1: Coeficiente elástico de tensão
m(g)	x(mm)
[pic 1]	[pic 2]
[pic 3]	[pic 4]
[pic 5]	[pic 6]
[pic 7]	[pic 8]
[pic 9]	[pic 10]
[pic 11]	[pic 12]

1.  Coeficiente Elástico de torção dinâmico

Mantendo o cabo na vertical foi feito o nivelamento da balança com o nível de bolha, alinhando o sistema de medição laser do deslocamento angular, onde nesta parte, a medição é relativa e o alinhamento não é necessário que seja preciso.

Em seguida, com pêndulo, foram feitas três medidas, onde cada uma destas medidas possuía uma massa diferente, consequentemente, momentos de inércia diferentes, além de realizar dois processos diferentes, o primeiro utilizando dois fios e o segundo utilizando 1 fio. Para cada medida feita, foi cronometrado dez oscilações completas, onde, ao fim destas dez oscilações, obteve-se o período de uma oscilação e sua respectiva incerteza dividindo o tempo total das oscilações pela quantidade total de oscilações. Dessa, observou-se os respectivos resultados:

Tabela 2: Coeficiente elástico de torção dinâmico

		Período
	sem [pic 13]	[pic 14]
Com 2 fios	com  em[pic 15][pic 16]	[pic 17]
	com  em[pic 18][pic 19]	[pic 20]
	sem [pic 21]	[pic 22]
Com 1 fio	com  em[pic 23][pic 24]	[pic 25]
	com  em[pic 26][pic 27]	[pic 28]

[pic 29]

Agora, utilizando o paquímetro, a balança de precisão e a trena, foram medidas as massas e dimensões das diferentes partes do pêndulo, considerando que o corpo principal do pêndulo seja cilíndrico. Ajustando os dados em uma tabela para as respectivas medidas temos: