Relatório de Física - Forças Impulsivas

[pic 1]Universidade Federal de São João del-Rei

Campus Alto Paraopeba

Curso: Engenharia Química

Disciplina: Fenômenos Mecânicos

EXPERIMENTO 5: FORÇAS IMPULSIVAS

Cristiane Mota – 124500063

Débora Batista – 134550073

Jonas Alves – 124500018

Paula Carolina – 124500016

Ouro Branco – MG

Janeiro/2014

1 – INTRODUÇÃO:

Força impulsiva é uma força muito intensa que atua em um intervalo de tampo muito curto, mas ainda assim diferente de zero. Essa força se manifesta, por exemplo, quando uma bola é chutada, quando dois corpos sofrem uma colisão ou quando um corpo é parado bruscamente.

 O impulso I produzido por esta força é definido como:

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Ou seja, o impulso é a área obtida pelo gráfico de F(t), e é expresso em (N.s).

De acordo com a Segunda Lei de Newton obtém-se que:

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depois integrando ambos os lados em relação a t:

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e rearranjando o primeiro termo, sendo o segundo o I produzido por F(t), temos:

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A partir disso podemos concluir que o impulso é a variação da quantidade de movimento de um corpo (Teorema do Impulso e Momento Linear).

Se a função F(t) é conhecida é possível calcular a variação do momento linear (impulso) integrando a função. Já com gráfico, calcula-se a área entre a curva e o eixo t.

2 – OBJETIVOS:

Medir e analisar a força de tração em um fio esticado, bem como observar as características de um gráfico, obtido pelo software, da atuação de forças impulsivas em um corpo quando se interrompe a queda de um objeto preso na outra extremidade do fio. Verificar experimentalmente os resultados previstos pelo teorema do impulso - momento linear.

3 – MÉTODO:

3.1 – Materiais

Utilizou-se para realizar este experimento um fio de nylon e um de algodão, um suporte, uma régua, um objeto, além de um sensor de força e o Software LoggerPro para a devida coleta dos dados.

3.2 – Procedimento

Inicialmente montou-se o aparato como mostra a Figura I abaixo. Prendeu-se uma das extremidades do fio no sensor de força e um objeto na outra extremidade. O sensor de força é um equipamento que converte a força exercida nele em um em um sinal elétrico. Esse sensor foi conectado a um computador por meio de uma interface. Utilizou-se o programa LoggerPro para monitorar os dados transmitidos e registrá-los em forma de gráficos e tabelas.

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Figura 1: Sistema utilizado nos testes do experimento de Forças Impulsivas

Na primeira parte, utilizou-se na montagem um fio de algodão de cerca de 30 cm de comprimento, com um objeto preso numa extremidade. O Collect foi acionado no programa para iniciar a aquisição de dados. Então soltou-se o objeto de uma altura de aproximadamente 20 cm, que teve sua queda interrompida quando o fio foi esticado.

Nesse instante, foi possível obter o gráfico esperado da tensão no fio vs. tempo. Esboçou-se assim, um gráfico desde o instante em que o objeto é solto até o instante em que ele fica em equilíbrio.

A força medida variou com o tempo e atuou durante um intervalo de alguns centésimos de segundo. Para isso deve-se realizar mais de 1000 medições. Configurou-se no programa uma frequência de medidas adequadas.

Por fim, repetiu-se o experimento com o fio de nylon em vez do fio de algodão.

4 – RESULTADOS:

Para calcular o impulso da força resultante nos fios de algodão e nylon partiu-se da área sob o pico no gráfico força vs. tempo (foram analisados apenas o primeiro pico de cada gráfico) que estão a seguir:

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[pic 9][pic 10]

Sendo assim, o impulso é calculado através da integral da força em função do tempo dado pela fórmula:

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De acordo com os gráficos o obteve-se, para o fio de algodão: [pic 12]

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e para o fio de nylon:

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     As forças que atuam no objeto enquanto o barbante é esticado são a força peso e a tensão:

                                          [pic 15][pic 16]

As forças medidas pelo sensor foram, para o fio de algodão: F = 2.612 N, e para o fio de nylon: F = 0.489 N.

Como a energia mecânica do objeto é conservada (pois despreza-se a força de resistência do ar)  do instante em que ele é solto até imediatamente antes dele ser puxado pelo fio de nylon ou de algodão, no instante em que ele começa a ser puxado pelo fio a energia cinética se iguala a energia potencial gravitacional, portanto é possível calcular sua velocidade: v=1,98 m/s.

Para o cálculo da perda percentual de energia, tem-se, partindo da equação , no instante em que o objeto começa a ser puxado pelo fio de algodão:[pic 17]