Relatório de física geral e experimental i

Relatório de física geral e experimental i

(Parte 1 de 3)

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RELATÓRIO DE FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL I

RESUMO

O Trabalho Acadêmico a ser apresentado, é uma análise dos experimentos feitos no laboratório de Física no dia 26/11/2009. A finalidade deste é, dentre outras, empregar o método científico na análise dos fenômenos físicos estudados no laboratório, identificar os experimentos e comparar o conhecimento teórico com o experimental.

1 INTRODUÇÃO

O ser humano possui a característica natural de buscar explicações sobre o que vê, sente e ouve em seu cotidiano. Para conseguir estas explicações, o mesmo é capaz de organizar o que percebe em modelos comuns através de experiências, podendo assim, concluir o que irá acontecer em situações semelhantes.

Com base nesta linha de pensamento, estudiosos passaram a desenvolver teorias, ou seja: Respostas às perguntas do tipo “Por quê?” ou “Como?”, baseados numa sequência de acontecimentos com alguma periodicidade. Estas respostas são obtidas a partir de um procedimento padrão, chamado Método Científico que, em síntese, consiste nas seguintes etapas:

  • Levantar um problema sobre um fenômeno;

  • Observar algo fazendo medidas diversas;

  • Buscar uma teoria que o explique, relacionando fatos observados com conceitos pré-estabelecidos;

  • Fazer prevenções utilizando essa teoria e os seus modelos;

  • Realizar experimentos para comprovar as previsões;

  • Interpretar os dados obtidos e, se as previsões estiverem corretas, divulgar os resultados.

A física, impulsionada pelo grande número de descobertas realizadas num período relativamente curto, adotou uma metodologia de estudo que evoluiu com o progresso da própria ciência. As demais ciências calaram seus métodos no modelo da física e incorporaram os enunciados lógicos e matemáticos para exprimir seus próprios resultados. (BARSA, 1998)

2 EXPERIMENTO PLANO INCLINADO: ATRITO ESTÁTICO E CINÉTICO

O Plano Inclinado é uma superfície plana e oblíqua (menor que 90graus) em relação à horizontal. Foi inventado por Galileu Galilei e possui o efeito de reduzir o efeito da gravidade, ou seja, sua função principal é desacelerar a queda de um objeto. O cálculo da (des)aceleração nesta superfície é dado por gsenθ, sendo θ o ângulo de inclinação do plano.

Entende-se por Atrito a força que oferece resistência ao movimento relativo entre superfícies em contato. Para entender e relacionar o Atrito ao Plano Inclinado é necessário compreender as três leis de Newton. São elas: 1ª Lei de Newton ou Lei da Inércia (incapacidade de um corpo alterar seu movimento); 2ª Lei de Newton ou Princípio Fundamental da Dinâmica (se existe a força resultante, o corpo sofrerá a ação de uma aceleração inversamente proporcional a sua massa); 3ª Lei de Newton ou Lei da Ação e Reação (um corpo que faz uma força sobre outro também recebe a ação de uma força).

No experimento “Plano Inclinado: Atrito Estático e Cinético” é possível observar a relação das leis de Newton para determinar a Força de Atrito Estático (Fate) e a Força de Atrito Cinético (Fatc).

FIGURA 1 – PLANO INCLINADO

2.1 OBJETIVO DO EXPERIMENTO

Determinar a Força de Atrito Estática e Cinética em superfícies de maior e menor atrito através da somatória de forças no eixo x (equação teórica). Determinar a Força de Atrito Estática e Cinética em superfícies de maior e menor atrito através da fórmula Fat = μ.N (equação experimental). Comparar o resultado das equações e justificar os possíveis erros experimentais.

2.2 CONCEITOS FÍSICOS ENVOLVIDOS

Os principais conceitos físicos envolvidos neste experimento foram:

  • Movimento retilíneo;

  • Aceleração;

  • Força Peso;

  • Força Normal;

  • Força Atrito; e

  • Três Leis de Newton.

2.3 MATERIAIS UTILIZADOS

  • Plano Inclinado;

FIGURA 2 – PLANO INCLINADO

  • Bloco de madeira (superfície lisa e rugosa);

FUGURA 3 – BLOCOS DE MADEIRA

2.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Foram aplicados dois procedimentos experimentais distintos para determinar a Força de Atrito Estático e a Força de Atrito Cinético.

2.4.1 Força de Atrito Estático

Colocou-se o Plano Inclinado sobre a bancada e o bloco de madeira sobre o Plano Inclinado. Elevou-se a parte móvel do suporte até que o bloco iniciasse o movimento e anotou-se o ângulo apontado.

2.4.2 Força de Atrito Cinético

Colocou-se o Plano Inclinado sobre a bancada e o bloco de madeira sobre o Plano Inclinado. Elevou-se a parte móvel do suporte até que o bloco iniciasse o movimento e anotou-se o ângulo apontado. À medida que o bloco descia no suporte, abaixou-se o a parte móvel até que o bloco desacelerasse por completo e anotou-se o ângulo apontado.

2.5 DADOS OBSERVADOS

Massa do bloco: 79,57g .·. m = 79,57 x 10-³

2.5.1 Superfície Lisa (menor atrito)

FIGURA 4 – BLOCO DE MADEIRA DESLIZANDO

(SUPERFÍCIE LISA) NO PLANO INCLINADO

Dados observados para o bloco em repouso:

∑Fx = P x – Fate = m.a

m.a = 0

P x = m.g.senθ

Fate = m.g.senθ [Equação Teórica]

∑Fy = N – Py = m.a

m.a = 0

N = m.g.cosθ

μe = tgθ

Fate = μe.N [Equação Experimental]

Teste 1: θ = 24º:

Fate = m.g.senθ

Fate = 79,57 x 10-³.9,8.0,46736643

Fate = 317,1675400 x 10-³ N

Fate = μe.N

μe = tgθ

μe = 0,445228485

N = m.g.cosθ

N = 79,57 x 10-³.9,8.0,913545457

N = 712,3699582 x 10-³ N

Fate = 0,445228485. 712,3699582 x 10-³

Fate = 317,1675399 x 10-³N

Teste 2: θ = 25º

Fate = m.g.senθ

Fate = 79,57 x 10-³.9,8.0,422618261

Fate = 329,5518039 x 10-³ N

Fate = μN

μe = tgθ

μe = 0,466307658

N = m.g.cosθ

N = 79,57 x 10-³.9,8.0,906307787

N = 706,726124 x 10-³ N

Fate = 0,466307658. 706,726124 x 10-³

Fate = 329,5518037 x 10-³ N

Teste 3: θ = 24,5º

Fate = m.g.senθ

Fate = 79,57 x 10-³.9,8.0,717693242

Fate = 323,3719849 x 10-³ N

Fate = μe.N

μe = tgθ

μe = 0,455729225

N = m.g.cosθ

N = 79,57 x 10-³.9,8.0,90996127

N = 709,5750596 x 10-³ N

Fate = 0,455729225. 709,5750596 x 10-³

Fate = 323,3740920 x 10-³ N

Tabela com a relação dos resultados das fórmulas teórica e experimental:

BLOCO EM REPOUSO

Testes

Resultado Teórico (N)

Resultado Experimental (N)

1

Fate = 317,1675400 x 10-³

Fate = 317,1675399 x 10-³

2

Fate = 329,5518039 x 10-³

Fate = 329,5518037 x 10-³

3

Fate = 323,3719849 x 10-³

Fate = 323,3740920 x 10-³

Média

Fate ≈ 323,3637763 x 10-³

Fate ≈ 323,3644785 x 10-³

Dados observados para o bloco em movimento:

Equação Teórica:

∑Fx = P x – Fatc = m.a

m.a ≠ 0

μc = tgθ

a = g.(senθ – μcosθ)

P x = m.g.senθ

Fatc = m.g.senθ – m.g.(senθ – μc.cosθ)

Equação Experimental:

∑Fy = N – Py = m.a

m.a ≠ 0

N = m.g.cosθ + P x

N = m.a + m.g.cosθ

N = m.g.(senθ – μc.cosθ) + m.g.cosθ

μc = tgθ

Fatc = μc. N

Teste 1: θ = 3º

Fatc = m.g.senθ – m.g.(senθ – μc.cosθ)

Fatc = 79,57 x 10-³.9,8.0,052335956 – 79,57 x 10-³.9,8.(0,052335956 – 0,052335955)

Fatc = 779,786 x 10-³.0,052335956 – 79,57 x 10-³.9,8.(0,000000001)

Fatc = 40,81084579 x 10-³ – 79,57 x 10-³.9,8.0,000000001

Fatc = 40,81084579 x 10-³ – 79,57 x 10-³.0,0000000009

Fatc = 40,81084579 x 10-³ – 0,000000716 x 10-³

Fatc = 40,81084507 x 10-³ N

Fatc = μc.N

μc = tgθ

μc = 0,052407779

N = m.g.(senθ – μc.cosθ) + m.g.cosθ

N = 79,57 x 10-³.9,8.(0,052335956 – 0,052335955) + 79,57 x 10-³.9,8.0,998629534

N = 0,000000716 x 10-³ + 778,7173304 x 10-³

N = 778,7173311 x 10-³ N

Fatc = 0,052407779.778,7173311 x 10-³

Fatc = 40,81084496 x 10-³ N

Teste 2: θ = 4,5º

Fatc = m.g.senθ – m.g(senθ – μc.cosθ)

Fatc = 79,57 x 10-³.9,8.0,078459095 – 79,57 x 10-³.9,8.( 0,078459095 – 0,078459094)

Fatc = 779,786 x 10-³.0,078459095 – 79,57 x 10-³.0,000000009

Fatc = 61,18130442 x 10-³ - 0,000000716

Fatc = 61,18130370 x 10-³ N

Fatc = μc.N

μc = tgθ

μc = 0,078701706

N = m.g.(senθ – μc.cosθ) + m.g.cosθ

N = 79,57 x 10-³.9,8.( 0,078459095 – 0,078459094) – 79,57 x 10-³.9,8.0,996917333

N = 0,000000716 x 10-³ + 779,786 x 10-³.0,996917333

N = 0,000000716 x 10-³ + 777,38218 x 10-³

N = 777,3821807 x 10-³ N

Fatc = 0,078701706. 777,3821807 x 10-³

Fatc = 61,18130448 x 10-³ N

Teste 3: θ = 4º

Fatc = m.g.senθ – m.g(senθ – μc.cosθ)

Fatc = 79,57 x 10-³.9,8.0,069756473 – 79,57 x 10-³.9,8.(0,069756473 – 0,069756472)

Fatc = 779,786 x 10-³.0,069756473 – 79,57 x 10-³.9,8.(0,000000001)

Fatc = 54,39512164 x 10-³ – 0,000000716 x 10-³

Fatc = 54,39512092 x 10-³ N

Fatc = μc.N

μc = tgθ

μc = 0,069926811

N = m.g.(senθ – μc.cosθ) + m.g.cosθ

N = 79,57 x 10-³.9,8.(0,069756473 – 0,069756472) + 79,57 x 10-³.9,8.0,99756405

N = 0,000000716 x 10-³ + 777,8864805 x 10-³

N = 777,8864812 x 10-³ N

Fatc = 0,069926811.777,8864812 x 10-³

Fatc = 54,39511685 x 10-³ N

Tabela com a relação dos resultados das fórmulas teórica e experimental:

BLOCO EM MOVIMENTO

Testes

Resultado Teórico (N)

Resultado Experimental (N)

1

Fatc = 40,81084507 x 10-³

Fatc = 40,81084496 x 10-³

2

Fatc = 61,18130370 x 10-³

Fatc = 61,18130448 x 10-³

3

Fatc = 54,39512092 x 10-³

Fatc = 54,39511685 x 10-³

Média

Fate ≈ 52,12908990 x 10-³

Fate ≈ 52,12908876 x 10-³

2.5.2 Superfície Rugosa (maior atrito)

FIGURA 5 – BLOCO DE MADEIRA DESLIZANDO

(SUPERFÍCIE RUGOSA) NO PLANO INCLINADO

Dados observados com o bloco em repouso:

∑Fx = P x – Fate = m.a

m.a = 0

P x = m.g.senθ

Fate = m.g.senθ [Equação Teórica]

∑Fy = N – Py = m.a

m.a = 0

N = m.g.cosθ

μe = tgθ

Fate = μe.N [Equação Experimental]

Teste 1: θ = 37º

Fate = m.g.senθ

Fate = 79,57 x 10-³.9,8.0,601815023

Fate = 469,2869296 x 10-³ N

Fate = μe.N

μe = tgθ

μe = 0,075355405

N = m.g.cosθ

N = 79,57 x 10-³.9,8.0,79863551

N = 622,7647898 x 10-³ N

Fatc = 0,075355405. 622,7647898 x 10-³

Fatc = 469,2869296 x 10-³ N

Teste 2: θ = 36º

Fate = m.g.senθ

Fate = 79,57 x 10-³.9,8.0,587785252

Fate = 458,3467107 x 10-³ N

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