Baixe Experimento 1 fenmec e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Física, somente na Docsity!
BCJ0204 - Fenômenos Mecânicos
Experimento - Roteiro
Movimento Retilíneo Uniforme (MRU)
Professor:__________________________________________Turma: ______________Data:____/____/
Nome:________________________________________________________________ RA:_____________
Nome:________________________________________________________________ RA:_____________
Nome:________________________________________________________________ RA:_____________
Nome:________________________________________________________________ RA:_____________
Nome:________________________________________________________________ RA:_____________
Introdução e Objetivos
Na disciplina de Fenômenos Mecânicos estamos interessados em estudar o movimento de corpos materiais numa situação idealizada, livre de forças de atrito. Para se aproximar dessa situação idealizada, utilizamos um equipamento denominado trilho de ar (ou colchão de ar ). Esse equipamento é projetado para minimizar as forças de atrito. O corpo que flutua sobre o trilho de ar é denominado carrinho. Nesse experimento, o objetivo é estudar o movimento livre do carrinho após este adquirir uma determinada velocidade inicial. Iremos medir diretamente intervalos de espaço, L , e tempo, t, avaliando as incertezas envolvidas nessas medidas diretas, L e t. Para a construção do gráfico de posição x em função do tempo t , será necessário utilizarmos as regras de propagação de erros para o cálculo das incertezas x e t. Através do coeficiente angular desse gráfico, seremos capazes de obter a taxa de variação da posição com o tempo (a velocidade) no percurso total e comparar esse dado experimental com as velocidades médias em cada intervalo.
Materiais
Trilho de ar Gerador de fluxo de ar Carrinho deslizante Régua Chave inversora Cronômetro digital Sensores fotoelétricos
Advertências
Para não produzir arranhões na superfície do trilho de ar , nunca movimente os carrinhos sobre o mesmo sem que o gerador de fluxo de ar esteja funcionando. Verifique se o trilho de ar e a parte inferior do carrinho se encontram bem limpas; caso contrário, limpe-as com um pano úmido. Evite choques mecânicos fortes entre o carrinho e o trilho de ar. Tenha muito cuidado com o equipamento. Uma queda de alguns centímetros pode inutilizar o carrinho por completo.
Procedimento Experimental
- Identifique todos os componentes do conjunto experimental.
- Como mostrado na Figura 1, sobre o trilho de ar estão dispostos cinco módulos de detecção que registram o momento da passagem do carrinho e definem quatro intervalos espaciais bem definidos LI , LII , LIII e LIV.
- Com o auxílio de uma régua, determine os intervalos entre os módulos de detecção medindo a distância entre os fotodetectores. Note que estes últimos têm uma dimensão finita, a qual deve ser levada em conta ao se medir a distância entre eles. Para tanto, efetue três medidas, considerando: Medida 1 : distância centro a centro de cada módulo; Medida 2 : distância entre seus extremos mais distantes e Medida 3 : distância entre seus extremos mais próximos.
- Anote os dados na Tabela 1.
Figura 1. Diagrama esquemático do trilho de ar , do carrinho e dos suportes dos detectores de passagem.
- Posicione o carrinho no centro do trilho de ar e ligue o gerador de fluxo de ar. Ajuste o fluxo para que o carrinho deslize livremente, isto é, sem atrito, sobre o trilho de ar. Não é necessário utilizar a potência máxima do gerador! Isso é até desaconselhável, pois a potência máxima pode provocar trepidações.
- Verifique o nivelamento do trilho de ar. Posicione o carrinho no centro do trilho de ar , procurando mantê-lo parado sem ter que apoiá-lo. Caso ele tenda a deslizar sozinho sempre para o mesmo lado, isso indica que o trilho de ar está desnivelado. Se necessário, ajuste os pés do trilho de ar.
LI LII LIII^ LIV
Observação : Considerar a média das 3 medidas de Li e de t i conforme calculado na Tabela 1.
O gráfico de x versus t pode assim ser traçado utilizando os dados obtidos das relações (3) e (4).
Procedimento de análise de dados
1. Faça o tratamento estatístico dos dados de espaço, calculando os valores médios Li e as incertezas Li
usando a fórmula do desvio padrão da média.
- Faça o mesmo tratamento estatístico dos dados de tempo.
- Calcule e anote na Tabela 1 as velocidades médias de cada intervalo e suas respectivas incertezas, usando a equação (1) e as regras de propagação de erro apropriadas.
- Considerando as relações (3) e (4), bem como as regras de propagação de erro apropriadas, preencha a Tabela 2.
- No papel milimetrado, construa um gráfico de posição X (eixo vertical) versus tempo t (eixo horizontal), utilizando todos os dados disponíveis na Tabela 2. Utilize escalas otimizadas em ambos os eixos, não esquecendo o rótulo/nome de cada eixo e a respectiva unidade de medida.
- Determine, então, os valores dos coeficientes angular e linear da reta (que melhor se ajusta a esses pontos) e suas respectivas incertezas utilizando o método dos mínimos quadrados (MMQ).
- Após determinar o coeficiente angular e linear utilizando o MMQ , trace a reta que melhor se ajusta aos pontos experimentais.
QUESTÕES
QUESTÃO 1
Qual é a fórmula prática utilizada no cálculo da incerteza da velocidade de cada intervalo?
QUESTÃO 2
Considerando a Eq.(2), qual a interpretação do coeficiente angular da reta obtida no gráfico de x versus t?
QUESTÃO 3
Qual o valor da velocidade média do carrinho determinado pelo método gráfico? Mostre explicitamente os cálculos utilizados para chegar ao resultado (se necessário, use o verso).
QUESTÃO 4
Compare os valores da velocidade média em cada trecho com o valor da velocidade média encontrada pelo método
gráfico. Levando em consideração as incertezas de todas essas medidas, o que seu experimento permite concluir?
