UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB

Departamento de Fsica e Qumica Instituto de Cincias Exatas

FIS 213 Experincia 01: MOVIMENTO UNIDIMENSIONAL

1 Objetivos : a partir de medidas de deslocamento s e de tempo t de um carrinho sobre um trilho de ar retilneo, o estudante dever ser capaz de:

Escrever as expresses gerais relativas ao movimento de um carrinho num trilho de ar horizontal,

Escrever as expresses gerais relativas ao movimento de um carrinho num trilho de ar inclinado,

Comparar valores medidos e calculados para o movimento uniformemente variado.

2 Equipamento Utilizado

trilho de ar

trena

cronmetro

paqumetro

3 Procedimento Experimental

a) O trilho de ar: um equipamento sobre o qual um "carrinho" de plstico pode deslizar sustentado por um colcho de ar, o que reduz a praticamente zero o atrito na direo do movimento. Portas fotoeltri-

cas, acionadas pela passagem de uma haste convenientemente presa ao carrinho, ligam/desligam o

cronmetro digital mltiplo com que se fazem as medidas de tempo.

Neste trabalho, sero cronometrados vrias vezes os tempos de percurso do carrinho entre o mecanis-

mo de disparo e 2 portas fotoeltricas mveis ao longo do trilho.

b) Nivelar o trilho: uma fora indesejvel a componente no-equilibrada do peso. Para garantir a au-sncia de tal componente, o trilho dever estar nivelado, o que significa que o carrinho, abandonado em

um ponto qualquer, ficar parado ou, no mximo, oscilar lentamente. Caso ele se desloque definitiva-

mente para um dos lados, o nivelamento do trilho deve ser corrigido atravs dos parafusos existentes

nos ps.

c) Caracterizar os instrumentos de medio preenchendo a TABELA 1

d) Determinar as posies das portas fotoeltricas Para determinar a posio das fotoclulas, lembrem-se que o pino, colocado sobre o carrinho, que

aciona os circuitos de tempo. Sendo assim, procure seguir o procedimento a seguir:

(i) Coloque o carrinho sob o detetor, de forma que o pino esteja em frente ao fotossensor; (i) Mea a posio de uma das extremidades do carrinho( sempre do mesmo lado!)

Cabe equipe fazer uma anlise crtica de seu trabalho e decidir se pode ou no confiar em todos os

algarismos fornecidos por seu equipamento de medio, levando em conta, entre outros aspectos:

(i) a m definio da grandeza de medio: o pino est exatamente em frente fotoclula? (ii) a existncia de uma inclinao do fotossensor em relao ao trilho; (iii) a largura do fotossensor e do pino que aciona o sistema de contagem de tempo.

Raciocinando nesses termos, determinar um limite de erro observacional O.

e) Movimento no trilho horizontal (i) Carregue o carrinho com 100 g. (ii) Coloque o carrinho junto mola impulsora mas sem toc-la. Posicione a primeira fotoclula em

frente ao pino do carrinho. Esta a posio inicial do carrinho s0 .

(iii) Mea s0 e anote na TABELA 2. (iv) Posicione as fotoclulas a 30 cm e 60 cm, aproximadamente, da posio inicial do carrinho. De-

termine essas posies (sA e sB) e anotem os valores na TABELA 2.

(v) Calcule as distncias dA = sA s0 e dB = sB s0 e anote os valores na TABELA 2. (vi) Pressione o carrinho contra a mola impulsora. Ao liberar o carrinho, o movimento ser iniciado.

(vii) Cronometre cinco vezes os tempos tA e tB gastos para o carrinho percorrer dA e dB, respectiva-mente, anotando os valores na TABELA 3.

(viii) Repita o procedimento dos tens (iv) a (vii), posicionando agora as fotoclulas a aproximada-mente 0,90 m e 1,20 m ( sC e sD) da posio inicial do carrinho.

(ix) Repita o procedimento para sE = 1,50 m e sF = 1,80 m.

f) Movimento no trilho inclinado

(i) Incline o trilho, colocando o calo fornecido (deitado sobre sua maior face) sob o parafuso ni-velador, prximo ao lado por onde o ar entra.

(ii) Retire o mecanismo de disparo. O carrinho ir se movimentar exclusivamente sob ao da componente do peso ao longo do trilho, a partir do ponto mais alto do trilho.

(iii) Estabelea, como posio inicial s0, um ponto o mais prximo possvel do ponto de largada do carrinho, para que a sua velocidade inicial seja bastante pequena. Posicione adequadamente o

primeiro fotossensor.

(iv) Como antes, cronometrar cinco passagens do carrinho pelas portas em diferentes posies, completando as TABELA 4 e TABELA 5

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB

Departamento de Fsica e Qumica Instituto de Cincias Exatas

FIS 213 Experincia 01: MOVIMENTO UNIDIMENSIONAL

RELATRIO O que se segue um roteiro para elaborar o relatrio, e no um questionrio. O relatrio dever ter um

corpo contnuo, onde as perguntas e as respostas se integrem naturalmente. Voc pode abrir ttulos e subttulos

onde julgar adequado.

MOVIMENTO NO TRILHO HORIZONTAL

1. A partir dos dados das tabelas 2 e 3, complete a TABELA 1 abaixo. No deixe de avaliar todas as incertezas en-

volvidas. Elas so fundamentais para as concluses a serem obtidas.

TABELA 1

n Posies /cm Tempos /s / (cm/s) /2 (cm/s

2)

1

2

3

4

5

6

2. Observe as duas ltimas colunas direita. Pode-se perceber nelas alguma caracterstica notvel? Qual? Descre-va apenas com palavras.

3. Descreva as observaes acima, usando agora smbolos matemticos pertinentes e separe as variveis.

4. Calcule, algebricamente, a velocidade v do movimento e, a partir desta expresso, a acelerao a do movimento.

Uma pequena ajuda se voc no sabe derivada: vocs olham a tabela e descobrem que s/t (ou s/t2) igual a

uma constante Ento vocs podem reescrever s/t = s = t (ou s = t2). Agora lembrem do seu curso

colegial: alguma vez vocs viram uma lei de espao e tempo do tipo s = t (ou s = t2)? Qual era o significa-

do fsico desse em cada um desses casos? O significado continua sendo o mesmo....

Uma pequena ajuda se voc sabe derivada: suponham que algum dia destes vocs concluam que uma rela-

o entre duas variveis e constante. Vocs podem dar a essa constante um nome qualquer, por exemplo ,

e escrever: / = = . A, caso d/d tenha uma interpretao fsica, vocs podem derivar...

A propsito, lembrem-se que as definies de velocidade e de acelerao so: v = ds/dt, e a = dv/dt; tm-se

tambm a velocidade e a acelerao mdias, = (sf - si)/(tf - ti) = sif/tif e = (vf - vi)/(tf -

ti) = vif/tif (i = inicial; f = final).

5. Escreva expresses gerais para s, v e a.

6. Qual a interpretao fsica para a penltima e a ltima colunas? Explique.

Dica Importante: Cuidado!! Sempre possvel fazer contas, como /2 mas o resultado no ser obrigato-

riamente uma acelerao. Isto somente verdade para o MRUV! Tente entender esta afirma-

o e reveja suas observaes antes de prosseguir.

MOVIMENTO NO TRILHO INCLINADO

1. A partir dos dados das tabelas 4 e 5, complete a TABELA 2

2. Responda s questes propostas na anlise do movimento com o trilho horizontal, agora observando os dados da Tabela 2.

3. Que espcie de movimento o carrinho descreve quando o trilho est inclinado com auxlio de um calo? Justifi-

que a resposta com base no que foi observado no trabalho experimental desenvolvido.

4. Para esse tipo de movimento, pode-se escrever uma expresso literal geral para a posio s do carrinho em

funo do tempo t, dependente de trs constantes (s0, v0 e a). Escreva tal relao e d a interpretao fsica das

constantes. Quanto vale s0?

TABELA 2

n Posies /cm Tempos /s / (cm/s) /2 (cm/s

2)

1

2

3

4

5

6

5. Conhecendo dois pares de valores (t1;s1) e (t2;s2), possvel obter as constantes v0 e a. Deduza as expresses

literais que fornecem essas constantes e substituam os valores mdios das posies e dos tempos para os pontos

n = 1 e n = 6 que aparecem na TABELA 2, para determinar v0 e a para o movimento em estudo.

6. Substitua os valores de v0 e a na expresso geral do movimento e calcule os valores de s2,calc a s5,calc a partir de t2

a t5. Determine a seguir, a variao relativa (o desvio relativo) desse valor com respeito ao seu correspondente

medido, registrado na mesma tabela. D (e justifique) a sua opinio sobre a aproximao do resultado.

7. Trace um grfico s x t, e determine, a partir dele, a equao horria do corpo. Compare os valores obtidos para v0

e a, com os obtidos no tem anterior. Qual conjunto de valores lhe parece mais confivel? Comente e justifique!