PONTÍFICA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERIAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA E QUÍMICA – ICEI
ARIEL STÉFANY FERREIRA COSTA
SISTEMA MASSA-MOLA
Belo Horizonte, MG
Maio, 2021
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Determinação da Constante Elástica de uma Mola: Procedimentos Experimentais, Exercícios de Física
Um relatório prático sobre a determinação da constante elástica de uma mola ideal por meio de dois procedimentos experimentais. O relatório inclui a introdução teórica sobre o sistema massa-mola, descrição dos procedimentos experimentais, resultados obtidos e discussão dos mesmos. Parte de um laboratório de física do curso de engenharia química da pontífica universidade católica de minas gerais.
Tipologia: Exercícios
2022
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PONTÍFICA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERIAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA E QUÍMICA – ICEI
ARIEL STÉFANY FERREIRA COSTA
SISTEMA MASSA-MOLA
Belo Horizonte, MG
Maio, 2021
ARIEL STÉFANY FERREIRA COSTA
Laboratório de física, Relatório prático: Sistema massa-
mola
Relatório referente a aula de terça, dia 18 de Maio de 2021, sobre a determinação da constante elástica de uma mola, por diferentes métodos. Disciplina de Laboratório de física do curso de Engenharia química da Pontífica Universidade Católica de Minas Gerais. Professor: Euzimar Marcelo Leite.
Belo Horizonte, Maio 2021.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 OBJETIVO GERAL
Determinar a constante elástica de uma mola através de diferentes métodos.
2.2 METODOLOGIA
O procedimento experimental desta prática foi realizado em um simulador, acessando-se o link <https://phet.colorado.edu/sims/html/masses-and- springs/latest/masses-and-springs_pt_BR.html>, e escolheu-se a opção “Lab” ao abrir a simulação.
2.2.1 Procedimento 01
Prontamente deu-se início aos ajustes da simulação, conforme a figura 01, deixando-se o amortecimento nulo e ajustando-se a constante elástica da mola para a 5° posição e selecionou-se as opções para exibir o deslocamento da mola. Ao longo de todo o procedimento 1 e 2, essas condições iniciais permaneceram inalteradas.
Figura 01 – Ajustes da simulação no procedimento 01.
Ajustou-se o valor da massa do bloco para 50 g e conectou-o à extremidade da mola. Com a régua, mediu-se a deformação da mola quando o bloco está em equilíbrio. Aumentou-se o valor da massa do bloco por aproximadamente 25 g, e repetiu-se esse procedimento até que a massa da mola chegasse na marca de 275g. Preencheu-se os respectivos valores na tabela 1. O decorrer da simulação pode ser observado na figura 02.
Figura 02 – Medição da constante elástica da mola através da deformação da mola.
Por fim, construiu-se um gráfico de vs. com o auxílio do programa SciDavis, e realizou-se uma regressão linear e, com base na equação da reta = + , determinou-se a constante elástica da mola.
2.2.2 Procedimento 02
Reiniciou-se a simulação, mantendo-se os ajustes iniciais citados no procedimento 01. Selecionou-se para exibir a linha móvel e o cronômetro, como indicado na figura 03.
Figura 03 – Ajustes da simulação para o segundo procedimento
Ajustou-se o valor da massa do bloco para 50 g e o conectou à extremidade da mola novamente. Puxou-se o bloco de modo que ele sofresse um deslocamento em relação a posição de equilíbrio, e soltou-o. Marcou-se o tempo que o bloco levou para realizar 1 oscilação, e então anotou-se o período médio de oscilação para esse valor de massa na tabela 2.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Procedimento 01
A tabela 01 apresenta os valores de da força aplicada na mola, F, em Newtons (N) em função do deslocamento, X, em metros (m) para a simulação estudada no procedimento 01.
Tabela 01 – Valores das massas colocadas na extremidade da mola, e os respectivos valores da força da mola, , e deformação,.
A partir dos dados da tabela, plotou-se um gráfico do torque em função da aceleração angular no software Sci Davis, e a análise dos resultados podem ser visualizados na figura a seguir (figura 05)
Figura 05 – Gráfico de F(N) em função de X(m), a partir dos dados da tabela 01 e análise dos resultados.
Tendo em vista que a curva do gráfico é uma reta, de equação = + , pode-se determinar o valor da constante elástica, fornecida da inclinação desse gráfico. Sendo assim, a constante elástica da mola (coeficiente A) aplicado para as condições experimentais desse estudo é igual a 8,17.
3.2 Procedimento 02 A tabela 02 apresenta os valores de aceleração angular e de torque para cada valor de tração aplicado no cilindro na simulação estudada.
Tabela 02 – Período de oscilação, , em função da massa.
O gráfico obtido pelos valores registrados na tabela 02 podem ser observados na figura 06.
Figura 06 – Gráfico do período, T (s) em função da raiz quadrada das massas selecionadas para estudo, conforme a metodologia descrita para o procedimento 02, bem como análise dos resultados.
4. CONCLUSÃO
Embora fosse capaz de se determinar o valor da constante elástica da mola em ambas as partes, o trabalho realizado nesta prática não foi bem sucedido, visto que os procedimentos adotados levaram a resultados distintos, com uma margem de erro maior que a prevista. Portanto, os testes devem ser repetidos para validar a metodologia utilizada, já que o esperado era que os resultados fossem bem próximos.
REFERÊNCIAS
1 - TIPLER, Paul Allen; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros: volume 1: mecânica, oscilações e ondas, termodinâmica. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, c2009.
2 - SERWAY, R. A.; JEWETT, J. W. Jr. Princípios de física: mecânica clássica. São Paulo: Editora Cengage Learning, 2008.