Primeira E Segunda Leis De Newton

PRIMEIRA E SEGUNDA LEIS DE NEWTON

Vitor Henrique de Almeida Mariano

Universidade Federal de Goiás / Instituto de Física / Licenciatura em Física / [e-mail]

Resumo

O objetivo deste experimento é descrever o movimento de um corpo submetido a uma força constante e verificar se a segunda lei de Newton, que diz que a resultante das forças aplicadas sobre um ponto material é igual ao produto da sua massa pela aceleração, é válida e para isso devemos provar a igualdade entre [m.g=(M+m).a].

Palavras-Chave

Deslocamento de um corpo; Leis de Newton; Força resultante; MRU.

Introdução

O experimento sobre as leis de Newton tem por objetivo a verificação da validade das duas primeiras leis, onde a primeira afirma que quando um corpo está em repouso ou em movimento retilíneo uniforme com velocidade constante e aceleração nula não há nenhuma força resultante atuando sobre ele, ou seja, não há nenhuma força empurrando ou puxando. Então, quando a força resultante sobre o corpo for nula (igual a zero) o seu movimento não altera, a menos que seja obrigado a mudar esse estado através de uma força resultante diferente de zero.

Ao calcularmos a aceleração adquirida por um sistema sob a ação constante de uma força, verifica-se que a aceleração adquirida por um corpo sob a ação de uma força constante é proporcional à massa do corpo. Comprovando assim a segunda lei de Newton que diz que uma força resultante que atua sobre um corpo faz com que ele acelere na mesma direção e sentido desta resultante. Se o módulo da força resultante for constante, assim será o módulo da aceleração. Percebe-se então que a aceleração que um corpo adquire é diretamente proporcional à resultante das forças que atua sobre ele.

A primeira e a segunda lei de Newton estabelecem, respectivamente, que:

Força Resultante = ∑ F ⃗=0 ↔ v = c (c é constante) → a = 0 (MRU) (1° Objetivo deste experimento)

Força Resultante = ∑ F ⃗=Mtotal . a ⃗= (M+m)a ∑ F ⃗=mg

[m.g=(M+m).a] (2° Objetivo deste experimento)

Metodologia

Equipamentos utilizados:

- Trilho de ar retilíneo;

- Compressor de ar;

- Roldana com grampo de fixação (Polia) e Fio;

- Suporte porta-peso e pesos;

- Carrinho;

- Programas: Measure e Origin pro;

Ao iniciar o experimento é preciso verificar se os equipamentos estão montados da maneira correta e se o trilho de ar está nivelado. Coloque 100 g no carro, sendo 50 g de cada lado e pese a massa do carro com esses pesos. Depois, coloque 20 g no suporte porta-peso e pese a sua massa. Há um fio amarrado no carrinho, que se localiza em uma das extremidades do trilho, e no suporte porta-peso, que se encontra na outra extremidade. Coloque o carro sobre o trilho de ar com o compressor desligado e abra o programa Measure para poder gravar os dados obtidos. Ao soltarmos o carrinho, ele parte do repouso e começa a ganhar velocidade devido ao peso contido no porta-peso, onde o carrinho sofre uma tração através do fio.

Durante o intervalo de tempo em que o carrinho se locomove, o programa instalado no computador será útil para armazenar os dados da posição e da velocidade do carrinho obtidos pelo movimento da polia que está acoplada a um sensor óptico durante seu deslocamento. Remova os trechos finais da curva, que tenham sido computados após a massa m ter tocado o chão e exporte os dados em um arquivo tipo “nome123.dat” e grave-os na pasta “Dados” do disco rígido. Repita todos esses procedimentos vistos até aqui por mais quatro vezes e exporte todas as medidas. Após ter feito isso, abra o programa Origin pro e comece a montar os gráficos lançando os cinco gráficos S(t) em um mesmo gráfico com escalas lineares. Faça a média das cinco curvas obtidas e deixe apenas os valores médios no gráfico. Passe pelo ponto uma curva de ajuste do tipo polinomial de ordem 2 e depois determine o valor da aceleração. Pronto, agora é só repetir todo o procedimento experimental adicionando mais 50 g nas laterais do carro e depois repeti-lo novamente adicionando mais 10g no suporte porta-peso.

Resultados e análises

Depois de medirmos as massas do carrinho (M) e do suporte porta-peso (m) com os acréscimos de peso, somamos as duas massas com o intuito de obter a massa total do corpo na extremidade do fio e do carrinho. Utilizando a equação ∑FR =m.a ⃗ podemos calcular a aceleração do carrinho, mas devemos saber qual a força resultante que atua no carrinho no carrinho e a sua massa. A incerteza (Δm) utilizada para medir a massa do carrinho e do suporte porta-peso foi de 0,0001 kg. O valor da aceleração resulta dos parâmetros de ajustes a partir dos dados que foram obtidos no decorrer do experimento e, para obtermos as funções posição e velocidade usamos: S(t) =S0+V0.t+ a.t²/2 ; V(t) = V0 + a.t

Quadro 1: Valores encontrados para massas e acelerações. (1° caso)

M ± ΔM 0,3867 ± 0,0001 (kg)

m ± Δm 0,0369 ± 0,0001 (kg)

a ± Δa 0,99294 ± 0,00160 (m/s²)

Quadro 2: Valores encontrados para massas e acelerações. (2º caso)

M ± ΔM 0,4862 ± 0,0001 (kg)

m ± Δm 0,0369 ± 0,0001 (kg)