Atividade Laboratorial 1.2

ATIVIDADE LABORATORIAL: FORÇA NOS MOVIMENTOS RETILÍNEOS ACELERADO E UNIFORME Objetivo: Identificar forças que atuam sobre um corpo, que se move em linha reta num plano horizontal, e investigar o seu movimento quando sujeito a uma resultante de forças não nula e nula. Nesta actividade pretende-se estudar o movimento rectilíneo de um carrinho que se move sobre um plano horizontal, puxado por um fio de massa desprezável ligado a um corpo, a partir do gráfico velocidade-tempo. O carrinho pode estar numa calha apoiada numa mesa. Para obter o referido gráfico, usa-se um sistema de aquisição de dados que inclua um sensor de movimento e que disponibilize em tempo real o gráfico velocidade-tempo. Deve usar-se um fio suficientemente comprido de modo que se consiga estudar o movimento do carrinho quando o fio está sob tensão e após o corpo suspenso ter colidido com o solo. 1-

A descrição dos movimentos foi outrora diferente da que é hoje. Qual seria a resposta à questão inicial desta actividade? a) com base no ponto de vista de Aristóteles? b) com base no ponto de vista de Galileu? Por que razão diferem os dois pontos de vista? c) com base no ponto de vista de Newton? a. Segundo a teoria aristotélica, sobre um corpo em movimento existe sempre uma força que o impele no seu movimento e quando ela cessa o corpo fica em repouso. De acordo com esta teoria, o corpo pararia se deixasse de ser empurrado. b. Galileu afirmou que um corpo em movimento retilíneo manteria uma velocidade constante até que uma força que alterasse a sua velocidade, isto é, desde que não atuassem outras forças, contrariamente ao defendido por Aristóteles. c. Newton referiu que se a resultante das forças que atua sobre um corpo for nula, este permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme.

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Para simular a questão inicial procedeu-se à experiência relatada em cima. a) Qual será a diferença entre usar um carrinho ou um bloco?

b) Trace as forças que atuam sobre o carrinho e sobre o corpo suspenso.

c) Qual é a força responsável por pôr em movimento o conjunto carrinho-corpo suspenso? Sobre o carrinho, as forças na vertical anulam-se, e o mesmo acontece ao corpo após ficar no chão. A força que faz mover o conjunto carrinho+bloco suspenso é o peso do carrinho.

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d) Escreva as expressões da 2ª Lei de Newton para o movimento do carrinho e do corpo suspenso e a partir delas deduza uma expressão para a aceleração do conjunto carrinho-corpo suspenso?

Quando o corpo chega ao solo: Fr = 0 logo a = 0 m/s 2 (m.r.u) e) Classifique, justiçando o movimento anterior.

f)

Se o fio for suficientemente comprido, o corpo acabará por colidir com o solo e o fio deixará de puxar o carrinho. i) Que forças passarão a atuar no carrinho e no corpo? ii)

Qual será a resultante das forças sobre o carrinho? E sobre o corpo? Em ambos os casos, a resultante das forças é nula. a

iii)

O que prevê que aconteça ao carrinho? Justifique. O carrinho deverá ter um movimento retilíneo e uniforme, porque a resultante das forças sobre se ele é nula, não variando a sua velocidade.

iv)

Esboce um gráfico velocidade-tempo pra o movimento do carrinho desde que o conjunto se começa a mover até que o corpo fique no solo após colidir com ele, aí permanecendo.

Trabalho Laboratorial

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1- Apresenta-se um gráfico obtido para a velocidade em função do tempo, obtido com um sensor.

2) O intervalo de tempo que inclui o instante em que o corpo suspenso colidiu com o solo foi: O corpo suspenso colidiu com o solo quando mudou o tipo de movimento do carrinho. O intervalo de tempo que inclui o instante de colisão foi [0,78;0,82]s. 3) As duas zonas distintas do gráfico e as respetivas equações da reta são: No gráfico, observa-se que o movimento se iniciou no instante 0,25 s e que a tendência de aumento de velocidade se manteve até que o corpo suspenso colidiu com o chão. Após o instante em que a colisão ocorreu (cerca de 0,80 s), a velocidade parece ter permanecido aproximadamente constante.

4) Identifique os tipos de movimentos no gráfico velocidade-tempo e faça-os corresponder a cada situação do movimento do carrinho. No gráfico, observa-se uma zona em que a velocidade aumenta proporcionalmente com o tempo, um movimento uniformemente acelerado – [0,25;0,80] s, e outra em que, apesar de se registarem variações, o valor da velocidade oscila em torno de um valor constante, movimento retilíneo uniforme. 5) Qual é o valor experimental da aceleração do movimento quando a velocidade aumentou com o tempo? A partir da regressão linear, para o intervalo de tempo em que ocorreu aumento de velocidade, a relação obtida para a velocidade em função do tempo foi v=6,259.t – 1,634 logo a aceleração é igual a 6,259 m.s -2.

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6) Explique com base no gráfico velocidade -tempo, como poderá concluir se os efeitos do atrito são ou não desprezáveis. Pelo gráfico, verifica-se que após a colisão do corpo suspenso com o solo, o valor da velocidade se mantém constante. Assim, a aceleração é nula e consequentemente a resultantes das forças também é nula, de acordo com a 1ª Lei de Newton, pelo que os efeitos do atrito são desprezáveis. Atenção neste caso!!!!!! No caso da velocidade não ser praticamente constante!!!! Se após o embate do corpo suspenso no solo, a velocidade diminuir ligeiramente, isso mostra que a aceleração não é nula, revelando que o atrito se manifestou. 7) Um corpo poderá manter-se em movimento mesmo que a resultante das forças sobre ele seja nula? Se o corpo estiver em movimento quando a resultante das forças que nele atuam se anula, de acordo com a 1ª Lei de Newton, ele manter-se-á em movimento sempre à mesma velocidade, isto é, apresentará movimento retilíneo com velocidade constante. Pode-se concluir que não é necessária uma força para que um corpo permaneça em movimento. 8) Enumere as medições diretas e as medições indiretas. Medições diretas – medição do tempo e do valor da velocidade obtidas pelo sensor de movimento ; Medições indiretas – medição do valor da aceleração adquirida pelo carrinho.

Alguns exercícios: 1. Considere a figura ao lado: 1.1 Tendo em conta os objetivos da atividade, explique a razão pela qual se deve usar um carrinho em vez de um bloco e uma calha muito polida. 1.2 Para o intervalo de tempo em que o bloco desce e considerando desprezáveis as forças de atrito. a) Represente as forças que atuam no carrinho. b) Represente as forças que atuam no bloco. c) Classifique o movimento dos 2 sistemas 1.3. Se quisermos que o fio deixe de puxar o carrinho a meio da mesa, o que se deve fazer? 1.4. Represente as forças que atuam no bloco depois de chegar ao solo. 2. Considera o gráfico representado na pág. 2. 2.1. Em que intervalo de tempo deve ter ocorrido o instante em que o bloco chegou ao solo? a. [0,25; 0,80]s

b. [0,00 ; 0,25]s

c. [0, 76; 0,84]s

d. [0,84; 1,00] s

2.2. Faz um esboço do gráfico aceleração-tempo. 2.3. Desprezando as forças de atritos assinale a opção correta. A) o carrinho só se desloca sobre a calha se a sua massa for inferior à massa do bloco. 4

B) a resultante das forças aplicadas no conjunto corpo+bloco suspenso é o peso do bloco. C) O movimento de descida do bloco é um movimento de queda livre. D) A partir do momento em que o bloco chega ao solo, o carrinho passa a mover-se com movimento retardado. 2.4. Averigua a veracidade da seguinte afirmação: “Enquanto o fio que ligava o carrinho ao bloco esteve sob a tensão, a resultante das forças aplicadas no carrinho foi a tensão aplicada no carrinho, que não constitui um par ação-reação com a tensão aplicada no bloco que descia.” 2.5. Calcule a resultante das forças aplicadas no carrinho enquanto teve movimento acelerado. 2.6. Alguns alunos quiseram um bloco de massa maior à do carrinho para que o carrinho deslizasse. Será que têm razão?

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