DIRETORIA DE EDUCAÇÃO COORDENAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA
RELATORIO RELATORIO EXPERIMENT EXPERIME NTAL AL Física Instrumental I)
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Acadêmicos: Alan Reis Anielly Moraes Flavia Pardinho Gleyce kelly Julio Cezar Lívia Almeida.
Cuiabá Novembro 2011
1- INTRODUÇÃO
Forças são definidas como grandezas vetoriais, uma força tem módulo, direção e sentido, obedecem às leis de soma, subtração e multiplicação vetoriais da Álgebra, este é um conceito de extrema valia. O movimento ou comportamento de um corpo pode ser estudado em função da somatória vetorial das forças atuantes sobre ele, e não de cada uma individualmente. Por outro lado, uma determinada força pode ser decomposta em sub-vetores, de modo à melhor analisar determinado comportamento. Para compreensão da força como uma grandeza vetorial a definição da Primeira Lei de Newton. Esta lei postula que: “Considerando um corpo no qual não atue nenhuma força resultante, este corpo manterá seu estado de movimento: se estiver em repouso, permanecerá em repouso; se estiver
em
movimento
com
velocidade
constante,
continuará neste estado de movimento’’. (Halliday,vol.I 8°ed. pg 97)
Assim, pode-se de fato aplicar várias forças a um corpo, mas se a resultante vetorial destas for nula, o corpo agirá como se nenhuma força estivesse sendo aplicada a ele. Este é o estado comum de "equilíbrio" da quase totalidade dos corpos no cotidiano, já que sempre há, na proximidade da Terra, a força da gravidade ou peso atuando sobre todos os corpos.
I) Composição e Decomposição de forças coplanares. 2- OBJETIVO •
Determinar a força equilibrante de um sistema de duas forças colineares.
•
Calcular a resultante de duas forças coplanares quaisquer utilizando métodos analíticos e geométricos.
3- MATERIAIS •
01 painel metálico
•
01 escala angular pendular 0 a 360 graus
•
02 dinamômetros de fixação
•
02 fios de poliamida de 0,22m com anéis
•
03 massas acopláveis com peso de 0,5N
•
01 gancho curto
4- MÉTODOS
1- Montou-se o conjunto conforme as instruções do fabricante; 2- Nivelou-se o painel de forças através das sapata; 3- Acoplaram-se os três dinamômetros magnéticos devidamente calibrados ao painel; 4- Conectou-se os dinamômetros superiores entre si com uma extensão media; 5- Dependurou-se o terceiro dinamômetro, através de uma extensão media; 6- Posicionaram-se os dois dinamômetros superiores de modo que formou-se um ângulo de 120º entre si; 7- Anotaram-se os valores das trações e forças. 8- Repetiu-se os item 4, 5, 6 e 7 com os ângulos 90° e 60°.
Figura 1: Esquema do experimento 5-
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Ângulo 120º Modulo da força equilibrante: F1 = 0,58N F2 = 0,58N
Fr = a2 +b2+2.ab - cosα Fr = 0,58N Vetores componentes e o ângulo entre eles
Senα = tg y
cosα = tg y
Fy = 0,66N
Fx = 0,29N
Fr = Fr = √a2 +b2+2.ab - cosα Fr = 0,57 N Comparação:
Fr Teórico= 0,58N Fr Experimental= 0,57N Erro experimental:
Erro = 0,58-0,57 / 0,57 x 100
Erro =1,75%
Ângulo 90º Modulo da força equilibrante F1 F2
= 1,5 N = 1,5 N
Fr = √F12 + F22 Fr = 2,12 N Vetores componentes e ângulo entre eles:
Senα = tg y
cosα = tg y
Sen30° = 1,5 y
cos30° = 1,5 y
y=3
x = 1,73
Fr = √F12 + F22 Fr = 3,46 N Comparação:
Fr Teórico = 2,12N Fr Experimental = 3,46N Erro experimental
Erro = 2,12-3,46 / 3,46 x 100 Erro = 38,7%
Ângulo 60º Modulo da força equilibrante F1 = 0,88 N F2 = 0,86 N Fr = F1 + F2 Fr = 1,74 N Força resultante Fr
Fr = √a2 +b2+2.ab - cosα Fr = 1,73 N
Erro experimental
Erro = 1,74-1,73 / 1,73 x 100 Erro = 0,58%
II) Equilíbrio de um móvel num plano inclinado 6- OBJETIVO •
Reconhecer os efeitos da: Força equilibrante (força de tensão, compressão atrito, etc...);
•
Componente do P perpendicular a rampa Py, e sua equilibrante (força normal N);
•
Determinar a dependência de: Px e Py em função do ângulo de inclinação da rampa:
•
Px e Py em função da massa envolvida e da aceleração gravitacional no local.
7- MATERIAIS •
01 plano inclinado, escala de 0 a 45 graus; sistema de elevação continua e sapatas niveladoras.
•
02 massas acopláveis de 50g
•
01 carro
•
01 dinamômetro 2N
. 8- MÉTODOS
1- Determinou-se o peso P do móvel formado pelo conjunto carro mais massas acopladas. 2- O ângulo a ser trabalhado foi definido 3- Calibrou-se o dinamômetro 4- Prendeu-se o móvel pela conexão flexível ao dinamômetro, de forma que a escala não se atritava com a capa.
Figura 1: Esboço do experimento. 9- RESULTADOS E DISCUSSÕES Ângulo 25º
P = 1,6 N Fr = 0,6 N Pcma = C + M A P = 1,1 + 0,5 P = 1,6 N
Erro experimental
Erro = 0,6 - 0,67 / 0,67 x 100 Erro = 10%
Ângulo de 30º
α = 30° P = 1,6 N T = Fb = Fr = 0,74 N
P = m.g 1,6 = m.9,82 m = 0,16
Utilizando o plano inclinado, verifique experimentalmente a validade do valor calculado Px = P. cos α Px = 1,6. cos30° Px = 1,38 N
Fr = m.a.cosx Fr = 1,6 . 0,866 Fr = 1,38
Ângulo de 45º
Força resistente; Fx = 1,6.cos45 Fx = 1,13 N Componentes da força resistente; Senα = tg y
cosα = tg x
Sen45° = 0,74 y
cos45° = 0,74 x
0,71y = 0,74
0,71x = 0,74
y = 0,74 0,71
x = 0,74 0,71
y = 1,04
x = 1,04
Força motora;
Fm = 0,74 Modulo da força modular
Fm = √1,042 + 1,042 + 2.1,04.1,04.cos45 Fm = 1,76
Vantagem mecânica V = Fr/Fm
V = 1,13/1,76 V= 0,64
Ver questionários em anexo.
CONCLUSÃO Os experimentos realizados pode demonstrar as fórmulas e teorias algébricas da composição e decomposição de vetores, ou seja, a soma vetorial e a resultante de vetores. Foi possível experimentar configurações diferentes de pesos e ângulos e observar as alterações e influência, registradas no dinamômetro.
QUESTIONÁRIO ÂNGULO 25º 1-
Caso o móvel fosse solto do dinamômetro, o que você supõe que ocorreria
com ele? Justifique a sua resposta. R - Devido a ação da componente da força Fx o móvel sairia do trilho. 2-
A) A força peso atua segundo a orientação do conjunto móvel dependurado no carro, justifique o fato de, quando livre, o móvel executar um movimento ao longo da rampa. R - Diminui a força normal B) Qual o agente físico responsável por esse deslocamento? R - A gravidade
3- Com o valor da força peso do móvel e inclinação da rampa, faça um diagrama identificando as características do vetor componente Px R-
P = 1,6 N α = 25°
Px = P. sen α Px = 1,6. sen25 Px = 0,67 N 4- Dê a orientação e calcule o valor da força normal N. R- Fn = 1,6.cos25 Fn = 1,45 5-
Segure com mão a cabeceira do plano inclinado e devagar, vai elevando-a de modo a se aproximar de 90º. Para que os valores tende as componentes Px e Py quando o plano inclinado tende ao ângulo de 90º? Justifique a sua resposta. R- Px = cos α Py = sen α Px = 1,6.cos90° Py = 1,6.sen90° Px = 0 Py = 1,6
QUESTIONARIO ÂNGULO 30º 1-
Qual a orientação e o valor da força resultante Fr que atuaria no sistema,
caso o fio que une o móvel ao dinamômetro se reompesse? R- Desce no sentido do eixo x. 2-
a)Considere agora α = 35°e faça o diagrama de forças.
b)Considerando o peso do carro igual ao do experimento anterior, qual a força resultante Fr que atuara sobre o móvel caso ele fosse abandonado sobre a rampa? Que fenômeno esta força iria provocar? Py = P. sen α Py = 1,6. sen35° Py = 0,9 N
Px = P. cos α Px = 1,6. cos35° Px = 1,31 N
Fr = √1,312 + 0,92 + 2.1,31.0,9.cos35 Fr = 2,21 N F1 + F2 = Fr Fr = 2,21 N o móvel desceria no sentido do eixo x.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física,
volume 1: mecânica. 8 ed. Rio de Janeiro - RJ: Ltc - Livros Técnicos E Científicos,
2008
http://pt.scribd.com/doc/59364265/RELATORIO-LANCAMENTO, Acesso 29/10/2011
