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Manual de Instruções e Guia de Experimentos
QUEDA LIVRE
OBSERVAÇÃO SOBRE OS DIREITOS AUTORAIS Este manual é protegido pelas leis de direitos autorais e todos os direitos são reservados. Entretanto é permitida e garantida para instituições de ensino a reprodução de qualquer parte deste manual para ser fornecida e usada nos laboratórios e não para venda. A reprodução em qualquer outra circunstancia, sem a permissão da AZEHEB é proibida.
GARANTIA A AZEHEB garante este produto contra defeitos de fabricação por um período de 3 anos a partir da data de envio para o cliente. A AZEHEB consertará ou trocará, isto é uma opção, o produto com defeito se for constatado que defeito foi causado por problemas nos materiais que o compõe o produto ou falhas na fabricação. Esta garantia não cobre problemas causados por abuso ou uso incorreto do produto. A determinação se o defeito do produto é resultado de falha na fabricação ou se foi causado por uso impróprio será feita unicamente pela AZEHEB. A responsabilidade pelo envio do equipamento para o reparo dentro do período da garantia pertence ao consumidor O equipamento deverá se embalado corretamente para evitar danos e enviado com frete pré-pago. (Danos causados pelo transporte devido à embalagem imprópria não serão cobertos pela garantia). O transporte do equipamento, após o reparo, será pago pela AZEHEB.
DEVOLUÇÃO DE PRODUTOS Se for necessário devolver o produto para a AZEHEB, por qualquer razão, é necessário notificar a AZEHEB por carta, e-mail ou por telefone ANTES de devolver o produto. Após a notificação, serão enviadas imediatamente a autorização e as instruções de devolução e transporte. Nota: Não será aceita a devolução de nenhum produto sem autorização prévia. Ao devolver produtos para o reparo, eles devem ser embalados corretamente. Os transportadores não aceitarão a responsabilidade dos danos causados pela embalagem imprópria. Para estar certo que o produto não será danificado no transporte, observe as recomendações abaixo: 1. A caixa deve ser forte o bastante para o produto enviado. 2. Assegure-se que há pelo menos 5cm entre o produto e as paredes da embalagem, evitando assim que o produto seja comprimido. 3. Assegure-se que o produto não balançará dentro da embalagem. Para evitar que o produto balance dentro da embalagem utilize calços para travá-lo. Endereço: AZEHEB | Laboratórios de Física Rua Evaristo F.F. da Costa, 621 Bairro Jardim das Américas Curitiba – PR CEP 81530-090 Telefone: (41) 3079-6638 E-mail: azeheb@azeheb.com.br
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Nos experimentos deste manual observe qual
cronômetro será utilizado.
CORPOS EM QUEDA LIVRE
Considerações Iniciais Queda livre é a queda de um corpo no vácuo sob a ação única e exclusiva da gravidade. Este fato torna a experiência um pouco difícil de realizar em sala de aula, pois depende de uma câmara de vácuo. Se, no entanto usarmos um corpo de forma apropriada, densidade razoavelmente elevada e percorrendo pequenas distâncias verticais, a resistência do ar se torna muito pequena, podendo ser desprezada. Desta forma iremos fazer o experimento aceitando a queda de uma esfera de aço,
de uma pequena altura e dentro da sala de aula, como um movimento de queda livre.
Material Necessário - 01 tripé de ferro 3kg com sapatas niveladoras; - 02 suportes corrediços para sensor fotoelétrico; - 02 sensores fotoelétricos; - 01 cronômetro digital multifunções com fonte DC 12V com:
- 1 display com 4 dígitos de 7 segmentos; - precisão: 0,001s; - medição até 9,999s; - 5 funções:F1 [medição do intervalo de tempo entre os sensores]- F2 [medição do intervalo de tempo entre a bobina e o primeiro sensor]- F3 [medição do tempo de interrupção do sensor 1 e após o sensor 2]- F4 [medição do intervalo de tempo entre 2 interrupções do sensor 1]- F5 [medição do intervalo de tempo entre 3 interrupções do sensor 1];
- fonte de alimentação variável 12V/1,5A; - tensão de alimentação 110/220V com chave seletora;
- possibilidade de conexão com o módulo remoto de displays [vendido separadamente];
- entrada para 2 sensores e 1 chave liga/desliga;
- botão de reset e botão para seleção de funções;
- 01 fixador metálico para eletroímã; - 01 eletroímã com dois bornes e haste; - 01 cabo de ligação conjugado; - 01 cabo de alimentação para cronômetro; - 01 saquinho contentor da esfera; - 01 suporte do saquinho contentor; - 02 esferas de aço: Ø20mm e Ø25mm; - 01 cabo de ligação para chave liga-desliga com pino P10; - 01 chave liga-desliga; - 01 haste de alumínio 90cm com escala milimetrada;
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Montagens
Para ajustar a esfera na posição 0 (zero) é o eletroímã que deve ser ajustado, movendo-o para cima ou para baixo.
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1. Experimento de Queda Livre com posição inicial igual zero. Y0=0,000m
Cronômetro Multifunções Cronômetro Simples
Procedimentos 1. Montar o equipamento conforme esquema anterior. 2. Fixar o eletroímã na haste de alumínio com escala milimetrada e presilha. 3. Ligar o eletroímã à fonte de tensão variável deixando em série a chave liga-desliga. 4. Colocar a esfera de Ø20mm em contato com o eletroímã e regular a tensão elétrica
para que a esfera fique na iminência de cair. 5. Ajustar o sensor a 20cm abaixo da esfera (prestar atenção no diâmetro da esfera e na
posição em que a esfera em queda livre interrompe a contagem do tempo, ou seja, o cronômetro interrompe a contagem quando a esfera passar pelo centro do sensor). Medir com uma régua o primeiro deslocamento 20cm.
Y = 0,200m 6. Ajustar as sapatas no tripé para que a haste de queda livre fique vertical. 7. No cronômetro Multifunções escolher a função F2 e zerar (reset). No Cronômetro
Simples zerar (reset). 8. Desligar o eletroímã através da chave liga/desliga liberando a esfera e anotar na
tabela o intervalo de tempo indicado pelo cronômetro. 9. Repetir os procedimentos acima para os deslocamentos de 30 cm, 40cm, 50 cm e
60cm.
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10. Calcular a aceleração da gravidade e preencher a tabela.
Tabela 1
N0 Y0(m) Y(m) ∆Y(m) t(s) g(m/s2)
1 0,000 0,200 0,200 2 0,000 0,300 0,300 3 0,000 0,400 0,400 4 0,000 0,500 0,500 5 0,000 0,600 0,600
Média
11. Calcular a velocidade final de cada percurso e preencher a tabela Tabela 2
t(s) g(m/s2) V0(m/s) V(m/s)
12. Considerando a tolerância de erro admitida (5%), pode se afirmar que a aceleração
da gravidade permaneceu constante? ___________________________________________________________________
13. Construir o gráfico Y=f(t) usando os dados do experimento. Qual a sua forma?
___________________________________________________________________
t(s) ∆Y(m)
14. Linearizar o gráfico Y=f(t). Para linearizar, formar a tabela t2(s2) versus ∆Y (m).
t2(s2) ∆Y(m)
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15. O gráfico mostra que as grandezas deslocamento e intervalo de tempo ao quadrado são: ____________________________. (diretamente proporcionais / inversamente proporcionais)
16. Determinar os coeficientes angular e linear do gráfico Y=f(t2).
Coeficiente angular A = __________
Coeficiente linear B = __________
17. Comparar o coeficiente linear do gráfico Y=f2(t2) com o valor da posição inicial. Qual é o significado físico do coeficiente linear? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
18. Comparar o coeficiente angular do gráfico Y=f2(t2) com o valor da aceleração média
da tabela. Qual é o significado físico do coeficiente angular? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
19. Obter a equação horária do movimento em queda livre. 20. Construir o gráfico de V=f(t). Qual é a sua forma?
___________________________________________________________________
V(m/s) t(s)
21. Determinar os coeficientes angular e linear do gráfico de V=f(t).
Coeficiente angular A = __________
Coeficiente linear B = __________ 22. Comparar o valor do coeficiente angular com o valor da aceleração média na tabela. 23. Qual é o significado físico do coeficiente angular no gráfico V=f(t)?
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
24. Qual é o significado físico do coeficiente linear no gráfico V = f(t)?
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
25. Obter a equação da velocidade do movimento em queda livre.
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26. Qual é o significado físico da área sob o gráfico V=f(t)?
___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
27. Repetir os Procedimentos com as esferas Ø10mm, Ø15mm e Ø25mm, coletando os
dados, e observar se ouve alterações com relação aos procedimentos com a esfera de Ø20mm. ___________________________________________________________________
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1. Experimento de Queda Livre com posição inicial igual zero. Y0=0,000m - Respostas
10. Calcular a aceleração da gravidade e preencher tabela.
Tabela 1 N0 Y0(m) Y(m) ∆Y(m) t(s) g(m/s2)
1 0,000 0,200 0,200 0,202 9,80 2 0,000 0,300 0,300 0,248 9,76 3 0,000 0,400 0,400 0,285 9,84 4 0,000 0,500 0,500 0,319 9,83 5 0,000 0,600 0,600 0,349 9,85
Média 9,81
11. Calcular a velocidade final de cada percurso e preencher a tabela.
Tabela 2
t(s) g(m/s2) V0(m/s) V(m/s)
0,202 9,80 1,98 0,248 9,76 2,42 0,285 9,84 2,80 0,319 9,83 3,14 0,349 9,85
0,000
3,44
12. A aceleração da gravidade permaneceu constante. 13. Parábola.
t(s) ∆Y(m)
0,202 0,200
0,248 0,300 0,285 0,400 0,319 0,500 0,349 0,600
EV=10cm/m EH=22,9cm/s
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14.
t2(s2) ∆Y(m)
0,041 0,200 0,061 0,300 0,081 0,400 0,102 0,500
0,122 0,600
EV=10cm/m EH=65,6cm/s
2
15. Diretamente proporcionais.
16. Coeficiente angular A = 041,0081,0
200,0400,0
−
−=
04,0
200,0= 5m/s2
Coeficiente linear B = 0 (zero), a reta passa pela origem.
17. São iguais à zero. O coeficiente linear representa a posição inicial do móvel. 18. O coeficiente angular é igual a 5m/s2 e a aceleração media 9,81m/s.2 O coeficiente
angular representa a metade do valor da aceleração da gravidade. 19. Equação de uma reta: Y = AX+B
Y = 5t2 20. Reta que passa pela origem.
V(m/s) t(s)
1,98 0,202 2,42 0,248
2,80 0,285 3,14 0,319 3,44 0,349
EH=22,9cm/s EV=1,74cm/
m/s
21. Coeficiente angular A = 248,0319,0
42,214,3
−
−=
071,0
72,0= 10,1m/s2
Coeficiente linear B = 0 (zero), a reta passa pela origem.
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22. Dentro da tolerância de 5% podemos considerar iguais. 23. No gráfico da V=f(t) o coeficiente angular representa a aceleração do movimento
(aceleração da gravidade g). 24. No gráfico da V=f(t) o coeficiente linear representa a velocidade inicial do
movimento (velocidade inicial V0). 25. Equação da reta Y = Ax+B
V=10,1.t 26. Representa o deslocamento correspondente ao intervalo de tempo considerado. 27. Considerando a tolerância de erro (5%), não houve alterações.
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2. Experimento de queda livre com posição inicial igual 10cm (Y0 = 0,100m)
Cronômetro Multifunções Cronômetro Simples
Procedimentos 1. Montar o equipamento conforme esquema acima. 2. Fixar o eletroímã na haste de alumínio com escala milimetrada e presilha. 3. Ligar o eletroímã à fonte de tensão variável deixando em série a chave liga desliga. 4. Conectar os sensores conforme o esquema. 5. Colocar a esfera de aço em contato com o eletroímã e regular a tensão elétrica para
que a esfera fique na iminência de cair. 6. Colocar o sensor (S1), 10cm abaixo da esfera (prestar atenção no diâmetro da esfera
e na posição em que a esfera em queda livre interrompe a contagem do tempo ou seja o cronômetro interrompe a contagem quando a esfera passar pelo centro do sensor). Medir com uma régua o primeiro deslocamento 10cm.
Posição inicial Y0=0,100m
7. Colocar o sensor (S2), 20cm abaixo da esfera.
Posição final Y=0,200m 8. Ajustar as sapatas no tripé para que a haste de queda livre fique vertical. 9. No cronômetro Multifunções escolher a função F1 e zerar (reset). No Cronômetro
Simples zerar (reset). 10. Desligar o eletroímã através da chave liga/desliga liberando a esfera e anotar na
tabela o intervalo de tempo indicado pelo cronômetro.
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11. Repetir os procedimentos acima para os deslocamentos de 30 cm, 40cm, 50 cm e
60cm. 12. Calcular a aceleração da gravidade e preencher a tabela. 13. Para calcular a aceleração da gravidade devemos trabalhar com as equações abaixo.
V2=V02+2.g.Y V=V0+g.t
N0 Y0(m) Y(m) ∆Y(m) t(s) g(m/s2)
1 0,200 0,100 2 0,300 0,200 3 0,400 0,300 4 0,500 0,400 5
0,100
0,600 0,500
Média
14. Considerando a tolerância de erro admitida (5%), pode-se afirmar que a aceleração
da gravidade permaneceu constante? ___________________________________________________________________
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2. Experimento de queda livre com posição inicial igual 10cm (Y0 = 0,100m) - Respostas
14. g=( )
2
2
0
t
YY2 −
N0 Y0(m) Y(m) ∆Y(m) t(s) g(m/s2)
1 0,200 0,100 0,059 9,89 2 0,300 0,200 0,104 9,92 3 0,400 0,300 0,141 10,0 4 0,500 0,400 0,175 9,98 5
0,100
0,600 0,500 0,206 9,91
Média 9,94
15. A aceleração da gravidade permaneceu constante.
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