Movimento Unidimensional em trilho de ar - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Bossa_nova4 de Março de 2013

Movimento Unidimensional em trilho de ar - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de egenharia mecanica sobre o estudo do movimento unidimensional, movimento retilíneo uniforme, trilho de ar e o cronômetro digital.
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“Movimento Unidimensional”

Trilho de Ar

Introdução

Movimento Unidimensional

Define-se movimento como sendo a mudança da posição de um corpo em relação a um determinado referencial. Por exemplo, um carro em movimento numa reta de uma estrada, mantendo o ponteiro do velocímetro sempre na marca de 80 km/h, quer dizer que o carro percorre 80 km a cada 1 hora. Essa situação é um exemplo do que se chama de Movimento Retilíneo Uniforme. Se a velocidade do carro estivesse aumentando, o seu movimento seria acelerado. Se a velocidade do carro estivesse diminuindo, o seu movimento seria desacelerado. Em ambos os casos, a situação é um exemplo do que se chama de Movimento Retilíneo Variado.

O MOVIMENTO RETILINEO UNIFORME

O movimento retilíneo uniforme e caraquitrizado por uma velocidade escalar que não muda e qualquer ponto que pegarmos na gráfica do espaço pelo tempo a velocidade será a mesma sendo assim o movimento dito como movimento retilíneo uniforme

A grandeza velocidade é definida matematicamente como: Velocidade = variação da posição / intervalo de tempo t x / V

Sendo que o MRU a velocidade não varia, ela é constante Função horária da posição x = xo + vt Velocidade média entre dois instantes é a variação de espaço ocorrida, em média, por unidade de tempo escalar e positiva.

O Trilho de Ar e o Cronômetro Digital

O trilho de ar é um dispositivo desenvolvido para estudar o movimento dos corpos na ausência de forças de atrito. Esse dispositivo consiste de um tubo retangular, com diversos orifícios em suas faces. Em cima deste tubo um carrinho pode se movimentar. O funcionamento do trilho de ar se baseia no uso de um gerador de fluxo de ar ligado a sua estrutura por uma mangueira, responsável por proporcionar um jato de ar contínuo. Esse ar, ao sair pelos orifícios, cria uma espécie de "colchão de ar", entre o carrinho e o tubo, reduzindo consideravelmente o contato e, consequentemente, o atrito entre ambos.

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Objetivo

Teremos como objetivo dessa experiência aprender a aplicação prática da teoria discutida em sala de aula sobra “Movimento Retilíneouniforme(M.R.U.)”e“MovimentoRetilíneoUniformementeVariado(M.R.U.V.)”.

Poderemos avaliar os possíveis erros de medidas durante o experimento e representá-los em expressões matemáticas aplicadas, representando seus resultados em tabelas.

Material utilizado:

-trilho de ar

-Cronômetro digital com disparador eletrônico

-Carrinho

-papel milimétrico

-sensores fotoelétricos

Procedimento Experimental

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1. Coloque a intensidade na posição 2 e ligue o gerador de fluxo de ar.

2. Coloque o sensor 1 na posição 200.

3. Para posicionar o sensor 2 repita o passo 2 colocando o início da base do carrinho na posição 0, 3500 m. Calcule o valor do deslocamento x - x0 e anote na Tab.1.

Para medir corretamente o intervalo de tempo de percurso do carrinho entre o sensor 1 e o sensor 2, usando o cronômetro digital, siga os passos abaixo cuidadosamente:

(a) Ligar o cronômetro. Aparece na tela Escolha a Função.

(b) Escolha a opção função, clicando a tecla 1.

(c) Escolha a opção OK, clicando a tecla 2 para definir o número de sensores utilizados na experiência.

Descrição

No presente projeto é apresentado um novo dispositivo de registro espaço tempo do movimento linear e sem atrito de um carro sobre um trilho com colchão de ar. O princípio do dispositivo é o mesmo de uma impressora a jato de tinta acionado por um elemento piezo elétrico. Consta essencialmente de um gerador de pulsos elétricos periódicos e alimentado por uma pilha de nove volts. Estes pulsos atuam sobre uma lâmina piezo elétrica colada em uma lâmina metálica fina que flexiona com cada pulso recebido. Esta lâmina metálica fecha uma cavidade cônica cheia de tinta. Um orifício no vértice da cavidade cônica lança uma gotícula de tinta toda vez que o piezo elétrico recebe um pulso elétrico. Papel comum estendido logo acima do orifício registra o ponto deixado pela gotícula. O dispositivo registrador é portátil, cabendo inteiramente em um carro de 15 cm de comprimento, não havendo nenhum contato físico com as partes imóveis do soprador formador do colchão de ar.

Além de ser totalmente inofensivo pela ausência de alta tensão, este registrador permite usar cores diferentes para trajetória de cada carro, uma propriedade interessante para experimentos em que pode ocorrer mistura dos pontos de registro.

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O trilho consiste em duas lâminas em V com 1,2m de comprimento e possui cerca de 600 furos, distribuídos em 3 fileiras em cada lâmina. O soprador constitui em um aspirador de pó comum ligado reversamente.

M.R.U. (Movimento Retilíneo Uniforme)

Para esta primeira parte da experiência montaram o trilho de ar conforme figura ilustrativa abaixo:

Ajustamos a posição dos sensores de forma que ficassem a uma altura adequada em relação ao carrinho e nivelados com o trilho. Medimos e anotamos a distância entre os sensores de 200 mm. Posicionamos o carrinho deslizante sobre o trilho de ar na horizontal. O carrinho permaneceu na sua posição inicial, não demonstrando nenhuma tendência de aceleração em qualquer sentido. Ligamos e zeramos os cronômetros. Cada cronômetro registra o intervalo de tempo Δt que o carrinho leva para percorrer a distância 200 mm entre cada par de sensores. Após ligarmos o gerador de fluxo de ar, demos início ao movimento do carrinho acionando a chave. Registramos os intervalos de tempo Δt indicados por cada contador e obtenha as velocidades médias vm.

M.R.U.V. (Movimento Retilíneo Uniformemente Variado)

Para esta segunda parte da experiência montou o trilho de ar inclinado conforme figura ilustrativa abaixo:

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Inclinamos o trilho de ar, e medimos o ângulo de inclinação utilizando o fio de prumo e o transferidor. Esta inclinação foi pequena. Repetimos os procedimentos descritos no procedimento experimental do M.R.U., neste experimento, porém, tivemos que levar em consideração o efeito da ação da gravidade. Os experimentos foram também realizados no 5 (cinco) vezes.

Experimento

Para testar o trilho de ar, podemos calcular a aceleração da gravidade e comparar seu valor com a leitura. Para tal podemos inclinar o trilho em um ângulo de (q) graus, logo o carro sofrerá uma aceleração em módulo g.sen(q), onde Q é o ângulo com a horizontal e g é a aceleração da gravidade. Como o jateador deixa uma marca no papel a cada 0,1 segundos, é possível obter um gráfico de posição versus tempo. Com a mecânica clássica temos que para uma aceleração constante, segue a seguinte relação:

x(t) = x0 + v0. t + a.t2/2, portanto ajustando os pontos do gráfico com uma função de segundo grau é obtida/2 que no nosso caso é g.sen(q) /2.

. Cuidados Básicos durante a Tomada de Dados:

Pegar os equipamentos e instrumentos com as mãos limpas.

Não fazer o cavaleiro deslizar sobre o trilho sem que o compressor esteja ligado.

Não mexer na válvula reguladora do fluxo de ar do compressor.

Análise dos resultados

Ao obtermos os resultados da experiência, verificamos a variação da velocidade em cada espaço delimitado ao longo do trilho de ar. Repetimos várias vezes a experiência, verificando as variações em cada medida.

Inclinamos o Trilho de ar e repetimos a experiência verificando os novos dados obtidos, as diferenças no movimento do carrinho.

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Conclusão:

Através desse experimento, visualizamos o movimento retilíneo uniforme, pois o colchão de ar faz com que o carrinho se movimente sem força de atrito agindo sobre o mesmo, dessa forma, usamos um cronômetro para medir o tempo gasto para percorrer certa distancia, repetimos o experimento de forma a obter o tempo médio e a variação do tempo Finalmente obtemos a velocidade média e a variação da velocidade, Construímos gráficos vxt e xt onde observamos as variações causadas pelos erros e determinamos os coeficientes angular e linear do gráfico xt.

Aprendemos com essa experiência a diferença entre M.R.U. (Movimento Retilíneo Uniforme) e M.R.U.V. (Movimento Retilíneo Uniformemente Variado).

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Ao soltarmos o carrinho no trilho horizontal, verificamos através da observação que o tempo varia pouca coisa entre os espaços delimitados ao longo do trilho de ar. Verificamos através de cálculos, que a velocidade média do carrinho varia proporcionalmente ao tempo que o carrinho leva para passar por cada intervalo, variando pouca coisa de intervalo a intervalo, observando assim que o carrinho desempenha um Movimento Retilíneo Uniforme (M.R.U.) ao longo do trilho de ar.

Ao inclinarmos o trilho de ar, percebemos que o tempo que o carrinho leva para passar por cada intervalo diminui. Isso faz com que sua velocidade aumente com o decorrer do tempo. Verificamos nesse caso, a existência de uma aceleração, resultando em um Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (M.R.U.V.).

Aprendemos com essa experiência a diferença entre M.R.U. (Movimento Retilíneo Uniforme) e M.R.U.V. (Movimento Retilíneo Uniformemente Variado).

Bibliografia:

http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2005/JoelB Nagai-RF1.pdf

FOTOS

http://www.google.com.br/search?tbm=isch&hl=pt- BR&source=hp&biw=1440&bih=799&q=Trilho+de+ar&gbv=2&oq=Trilho+de+ar&aq=f&aqi=g5g-

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