Relatório do laboratório de física I - movimento retilíneo uniforme

Relat�rio do laborat�rio de f�sica i - movimento retil�neo uniforme

Relat�rio do Laborat�rio de F�sica I

Introdu��o te�rica e objetivos

Neste relat�rio, pretende-se apresentar os resultados obtidos para a posi��o, tempo e velocidade, com seus respectivos erros, de um carrinho que se movimenta sobre um trilho de ar, inferindo a partir dos dados coletados no laborat�rio, os quais sofreram um tratamento estat�stico, qual o tipo de movimento que o corpo apresentou, que para o caso estudado ser� o movimento retil�neo uniforme.

Define-se movimento como sendo a mudan�a da posi��o de um corpo em rela��o a um determinado referencial. Caso o corpo se mova em uma reta e a sua velocidade n�o se altere ao longo do percurso, ele estar� descrevendo o que se chama de Movimento Retil�neo Uniforme. Em uma situa��o em que o corpo se movimenta ao longo de uma reta, mas a sua velocidade varia com o tempo, tem-se um Movimento Retil�neo Variado.

Para identificar o tipo de movimento � necess�rio definir os conceitos de velocidade escalar m�dia e acelera��o escalar m�dia.

A velocidade escalar m�dia � definida como

vm=∆x∆t

onde ∆x=x-xo � a varia��o da posi��o do corpo e ∆t=t-to � a varia��o do tempo.

A velocidade escalar instant�nea � dada por

v=lim∆t→0∆x∆t= dxdt

onde dxdt � a derivada da fun��o x em rela��o � vari�vel t.

A acelera��o, que representa a rapidez com que a velocidade varia, pode seapresentar na sua forma escalar m�dia ou instant�nea, sendo a acelera��o escalar m�dia definida como am=∆v∆t

Onde ∆v=v-vo � a varia��o da velocidade entre os instantes t e to, e a acelera��o instant�nea definida como

a=lim∆t→0∆v∆t=dvdt

Onde dv/dt � a derivada da fun��o v em rela��o � vari�vel t.

No caso particular do movimento retil�neo uniforme, tem-se a seguinte equa��o, que adota to=0

x=xo + vt.

Para a constru��o dos gr�ficos que atuaram como uma s�ntese dos resultados do experimento foi necess�rio buscar uma fun��o que descrevesse adequadamente os dados coletados. No caso em quest�o, ocorreu uma depend�ncia linear das grandezas, fato que faz com que o gr�fico resultante seja uma reta y=ax + b, com a e b constantes. Com o intuito de determinar as constantes acima, foram empregados dois m�todos: o M�todo Gr�fico e o M�todo dos M�nimos Quadrados, m�todos estes que ser�o brevemente comentados abaixo.

M�todo Gr�fico: esse m�todo � apropriado quando se tem um n�mero razo�vel de pontos experimentais. Ele se baseia numa estimativa dos par�metros de uma reta que melhor se ajusta aos pontos experimentais, a partir do centro de gravidade (xbarra,ybarra, aqui � para colocar o s�mbolo de m�dia) desses pontos distribu�dos sobre o gr�fico, onde

xbarra=1ni=1nxi

E

ybarra=1ni=1nyi

S�o os valores m�dios dasvari�veis x e y, respectivamente.

Materiais utilizados

1) Trilho de ar: � um dispositivo desenvolvido para estudar o movimento dos corpos na aus�ncia de for�as de atrito. Consiste de um tubo retangular, com diversos orif�cios em suas faces sobre o qual um carrinho pode se movimentar. O funcionamento do trilho de ar se baseia no uso de um gerador de fluxo de ar ligado a sua estrutura por uma mangueira, respons�vel por proporcionar um jato de ar cont�nuo. Esse ar, ao sair pelos orif�cios, reduz consideravelmente o atrito. O trilho possui uma escala graduada de 0 a a 1,0000m. Esse sistema � conectado a um cron�metro digital utilizado para registrar o intervalo de tempo em que o carrinho passa entre os dois sensores fotoel�tricos.

(Soltar um espa�o para a figura)

2) Cron�metro digital com disparador eletr�nico: � um dispositivo utilizado para medir o tempo com uma precis�o de 0,00001s. Na parte frontal do cron�metro existe um comando disparador para acionar uma bobina de reten��o e disparo, cuja fun��o � impulsionar o carrinho no trilho de ar, dando in�cio ao experimento.

(Soltar espa�o para a figura)

3) Sensores fotoel�tricos: s�o dotados de um fotodetector sens�vel a um feixe que incide sobre ele.

(Soltar espa�o para a figura)

4) Carrinho e papel milimetrado: n�o foram utilizados para efetuar medi��es, apenas como o corpoque descreve o movimento estudado e um auxiliar na elabora��o do gr�fico, respectivamente.

Procedimento experimental

Primeira parte: Prepara��o dos Equipamentos

Antes de a equipe iniciar o processo de coleta dos dados pertinentes ao tempo, houve a necessidade de ajustar os equipamentos segundo especifica��es presentes no roteiro da respectiva aula. Seguem abaixo os passos que foram seguidos:

1) Ajuste do gerador do fluxo de ar: antes de ligar o gerador, foi necess�rio girar o bot�o que controla o fluxo de ar, colocando-o na posi��o 2. Ap�s ligado, verificou-se que para o caso particular do aparelho em que o grupo estava trabalhando, esse fluxo n�o provocava nenhuma sa�da de ar pelo trilho. Logo, por recomenda��o da professora que orientava o experimento, colocou-se o bot�o do gerador de fluxo de ar nas proximidades da posi��o tr�s.

2) Ajuste da posi��o dos sensores: foram utilizados dois sensores para marcar o ponto de partida e o ponto de chegada do carrinho. O ponto de partida foi na posi��o xo=0,2700 m. Portanto, foi nessa posi��o que foi colocado o primeiro sensor. A partir da�, colocou-se o segundo sensor nas posi��es: 0,3500m, 0,4500m, 0,5500m, 0,6500m, 0,7500m, 0,8500m e 0,9500m. Para colocar os sensores na posi��o adequada ao sistema de franjas da placa acr�lica posicionada sobre o carrinho, foi necess�rio que a luz dosensor estivesse posicionada sobre a primeira franja escura presente na placa.

3) Ajuste do cron�metro: foram seguidos os seguintes passos

a. Ligar o cron�metro. Ap�s ligado, apareceu na tela a seguinte frase �Escolha a Fun��o�.

b. Escolheu-se a op��o �Fun��o�, clicando-se na tecla 1.

c. Escolheu-se a op��o �OK�, clicando-se na tecla 2, para definir o n�mero de sensores utilizados na experi�ncia.

d. Escolheu-se a op��o n�mero 2, clicando na tecla 1, para definir o uso de 2 sensores.

e. Apareceu na tela a mensagem �Inserir Dist�ncia�, sendo a dist�ncia simbolizada pela letra S. Escolheu-se a op��o �N�o� clicando-se na tecla 1.