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Centro Universitário UNICAPITAL e
Faculdades Integradas Paulista FIP
Engenharia de Automação e Controle
Engenharia Elétrica
Engenharia Mecânica
Engenharia Civil
Roteiro para Laboratório de Física 1
Experiência 01
Profa Suely Midori Aoki
Laboratorista Vivian Delacoleta
Profa Suely Midori Aoki
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São Paulo 2014
Instruções para a elaboração do Relatório
Após a realização do experimento pelo grupo deve ser apresentado ao professor
responsável um relatório que deverá ser elaborado em grupo, contendo os itens
relacionados a seguir. Além da apresentação dos dados tomados no laboratório, o relatório deverá conter o tratamento destes dados bem como sua análise, conforme as instruções sobre o detalhamento da análise de dados fornecidas neste roteiro.
1. Capa: folha de rosto com a identificação do número do experimento, título, data da realização do experimento, unidade e turma, sendo que estas informações podem ser dispostas numa tabela como segue:
Número do Experimento
Título
Data do Experimento
Unidade
Turma
RA Nome Completo Assinatura
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2. Objetivo: descreva resumidamente qual(is) o(s) objetivo(s) a ser(em) atingido(s) com o experimento.
3. Material Utilizado: relacione em itens os materiais utilizados no experimento, citando a identificação técnica (modelo e marca) dos equipamentos e dispositivos elétricos/eletrônicos, podendo ilustrar com figuras, fotos ou diagramas.
4. Procedimento Experimental: descrição resumida do procedimento adotado para a realização do experimento.
5. Dados: mostre claramente os dados obtidos, relacionando-os numa tabela, quando possível.
6. Análise dos Dados: descreva explicitamente os cálculos feitos com os dados obtidos e outras análises realizadas com os dados colhidos; mostre os resultados obtidos com os cálculos em tabelas e gráficos quando pertinentes
7. Conclusão: elabore um ou mais parágrafos sobre o que pôde ser concluído a partir dos dados obtidos e sua análise
8. Referências Bibliográficas: apresente a bibliografia consultada nos estudos realizados.
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Parte prática – Laboratórios
Materiais necessários para a realização do experimento (vide anexo 1):
1. Conjunto de plano inclinado com base de sustentação e rampa de inclinação ajustável 2. Carro com carenagem 3D 3. Corpo de prova de madeira 4. Massas acopláveis cilíndricas 5. Dinamômetro com precisão de 0,02 N e escala maxima de 2 N 6. Escala angular (em um dos conjuntos a escala está acoplada no plano inclinado e no outro
está separado)
Observação: Há dois tipos de conjunto de plano inclinado, consulte o Anexo 1 para reconhecer qual deles sera utilizado pelo seu grupo.
Título: PLANO INCLINADO
Objetivos:
Rever as relações trigonométricas básicas em um triângulo retângulo, seno, cosseno e tangente, e o Teorema de Pitágoras.
Visualizar as forças peso e normal num plano inclinado, verificando a independência entre suas naturezas.
Compreender a decomposição de forças em suas componentes perpendicular e tangencial ao plano inclinado.
Introdução Teórica para realização e análise do Experimento:
O teorema de Pi . Na geometria euclidiana, o teorema afirma que:
, o quadrado do comprimento da h quadrados .” (f 1)
f os dois lados que
formam o triângulo. O enunciado anterior relaciona comprimentos, mas, :
quadrad .” (f 2)
Para ambos os enunciados, pode-se equacionar: onde: c representa o comprimento da hipotenusa, a e b representam os comprimentos dos catetos. O teorema de tico gr ( - . .)
Figura 1- Teorema de Pitágoras
Figura 2 - Teorema de Pitágoras (áreas)
Profa Suely Midori Aoki
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f ( emáticos babilônicos conheciam algorit f ). s cossenos do matemático persa Ghiyath al-Kashi (138 – 1 2 ) terceiro lado de qualquer triângulo, dados os comprimentos de dois lados e a med . ca ( ) do quadrado cons a (c).
Trigonometria do triângulo retângulo f . , tradicionalmente, , denominada grau e, cada um deles tem medida entre 0o e 180o 180o. Em um triâ f , uma vez que seus lados sejam conhecidos.
, tem mediada de 90o. Os ou
, dado um segmento ,
indicamos o comprimento de por AB, onde
AB=med( ).
(figura 3) em B, cuja medida x, em intervalo [0, :
Seno: Seno de x comprimento da hipote . :
Cosseno: Cosseno de x . :
Tangente: Tangente de x cateto adja . :
Figura 3 – Triângulo Retângulo
Profa Suely Midori Aoki
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Dinamômetro O dinamômetro é um instrumento utilizado para medir a intensidade das forças.
Força Peso A força peso é uma força de natureza gravitacional, ou seja, é uma força atrativa de longo alcance entre corpos macroscópicos, como um objeto de massa m e o planeta com massa M; a força peso do objeto de massa m tem direção perpendicular à superfície do planeta que o atrai no sentido do centro do planeta (figura 5) e tem intensidade:
P = m.g
onde m é a massa do objeto e g é a aceleração da gravidade que varia de acordo com a massa do planeta que está atraindo o objeto. A notação de negrito indica que a grandeza é um vetor.
Força Normal A força normal é de natureza eletromagnética, ou seja, uma força que surge da interação de longo alcance entre os elétrons de um corpo sólido que está em contato com uma superfície também sólida. A força normal, então, NÃO é uma reação à força peso. Sua direção é sempre perpendicular à superfície de contato e sentido para fora desta superfície (figura 5).
Figura 4 – Dinamômetro
Figura 5 – Triângulo Retângulo
Profa Suely Midori Aoki
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Instruções para a realização do experimento:
1. Utilizando o dinamômetro na vertical, meça os pesos dos corpos de prova, ou seja, a carga (carro e bloco de madeira), anotando esses valores na tabela abaixo:
Carro Bloco de Madeira
Peso (N)
Tabela 1 – Peso dos corpos de prova
2. Para fazer as medidas com o dinamômetro, vide Anexo 1 sobre os cuidados a serem tomados com o dinamômetro e o Anexo 2 sobre a escala de medição.
3. Monte o plano inclinado, conforme o modelo disponível, vide Anexo 3.
4. Fixe o dinamômetro no parafuso existente no topo do plano inclinado e alinhe-o, vide Anexo 4.
5. Acople a carga no dinamômetro, vide Anexo 5, mantendo-o alinhado como descrito no Anexo 4.
6. Utilize inicialmente o carro como carga.
7. Novamente, para fazer as medidas com o dinamômetro, vide Anexo 1 sobre os cuidados a serem tomados com o dinamômetro e o Anexo 2 sobre a escala de medição.
8. Deixe o plano inclinado rente à bancada, posição esta que será tomada como 0o, anote o valor marcado no dinamômetro na tabela 2 a seguir.
9. Mude a inclinação do plano para o próximo ângulo descrito na tabela 2, conforme o modelo (as diferenças na manipulação do plano estão descritas pelas figuras 3 e 4 do Anexo 3) e meça o valor marcado no dinamômetro.
10. Proceda sucessivamente até o máximo ângulo de inclinação que o plano inclinado consegue atingir.
Ângulo de Inclinação (graus) Medida da Força no Dinamômetro (N)
0o
5o
10o
15o
20o
25o
30o
35o
40o
45o
Tabela 2 – Ângulo de Inclinação x Medida no Dinamômetro
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Instruções para a análise dos dados do experimento:
1. Inicialmente, responda às seguintes perguntas:
a. Qual o valor do peso e da massa do objeto usado no experimento para a tomada das suas medidas no laboratório, no Sistema Internacional? Considere a aceleração da gravidade como 10 m/s2.
Objeto Massa (kg) Peso (N)
b. O peso calculado no item a corresponde a qual dos vetores, P1, P2 ou P3, apresentados na figura a seguir?
c. O valor medido no dinamômetro corresponde a qual das forças indicadas na figura abaixo?
d. Reconheça o triângulo retângulo na figura anterior, verifique a relação do ângulo de inclinação do plano e os do triângulo retângulo, reconhecendo as relações trigonométricas seno, cosseno e tangente.
P1
P2
P3
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e. De acordo com as respostas anteriores e utilizando as relações trigonométricas num triângulo retângulo, complete a tabela a seguir:
Ângulo de Inclinação
(graus) P1 (N) P2 (N) P3 (N)
0o
5o
10o
15o
20o
25o
30o
35o
40o
45o
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Referência Bibliográfica
1. Apostila de Desenho Técnico para o curso técnico Pronatec Prof. José dos Santos Garcia Neto 2.o semestre de 2013
2. Fundamentos de Física – vol. 1 Halliday e Resnick Editora LTC – 8.a edição – 2012
3. Manual Experimental do Plano Inclinado Kersting – Ref. EQ001 Cidepe – Centro Industrial de Equipamentos de Ensino e Pesquisa Canoas – RS
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Anexo 1 – Cuidados com o Dinamômetro
Cuidados com o dinamômetro:
Nunca o utilize além da capacidade máxima, senão, a mola interna perderá a capacidade de retorno à posição inicial.
Nunca solte o corpo que está sendo medido no dinamômetro bruscamente.
Faça a ajustagem inicial, alinhando o zero da escala com a parte frontal da capa.
Ajustagem inicial
Solte o parafuso liberador da capa e movimente-o para cima ou para baixo para nivelar o primeiro traço da escala com a extremidade da capa que é a referencia para medição.
Sempre ajuste o zero do dinamômetro na posição em que ele será utilizado.
Quando usar o dinamômetro na posição horizontal ou inclinada, dê uma pequena batida na capa para liberar o interior antes de fazer a leitura.
Parafuso liberador da capa protetora da mola interna
Referência para leitura da escala (extremidade da capa)
Escala graduada em dois centésimos de newton
Indicação da capacidade máxima da carga [N]
Corpo de prova
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Anexo 2 – Medição de força com o Dinamômetro
Após a colocação da carga no dinamômetro, o
êmbolo interno do dinamômetro se moverá e
a leitura da medida da força deverá ser feita.
A medida no dinamômetro é dada pela leitura direta da escala. A extremidade do corpo móvel é a referencia para a leitura. A divisão de cada cor vale 0,2 N e cada traço vale 2 centésimos de newton (0,02 N).
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Anexo 3 – Diferenças entre os planos inclinados
Usaremos dois conjuntos de plano inclinado:
Kersting (figura 1)
Padrão (figura 2)
Figura 1 – Plano inclinado Kersting
Figura 2 – Plano inclinado Padrão
As diferenças básicas entre os dois conjuntos são:
1. A escala angular: no conjunto Kersting, a escala é acoplada ao plano inclinado (figura 3), no conjunto padrão, a escala é separada e tem que ser posicionada ao lado do plano quando for realizar a medida do ângulo de inclinação (figura 4).
Figura 3 – Plano Inclinado Kersting
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2. O posicionamento do plano numa determinada angulação: no conjunto Kersting
existe um parafuso para elevar o plano numa determinada inclinação (figura 5) e no padrão temos que usar o bloco de madeira como calço (figura 6).
Figura 4 – Plano Inclinado padrão
Figura 5 – Parafuso para elevação do plano no
conjunto Kersting
Figura 6 – Calço para elevação do plano no conjunto padrão
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Anexo 4 – Alinhamento do dinamômetro com o plano inclinado
... solte a de cima apenas. Insira no olhal da extremidade do dinamômetro no parafuso e
rosquei a porca novamente.
O olhal do dinamômetro
deverá ficar entre as porcas
... nem o dinamômetro
poderá ficar com a extremidade onde
está a escala desalinhado com o
corpo de carga.
O olhal do
dinamômetro não pode ficar diretamente no plano sem a porca
de plástico por baixo...
O dinamômetro deverá ficar alinhado com o gancho que
prende a carga a ele, ou seja, o dinamômetro e o gancho de suporte da carga devem ficar
alinhados.
Na extremidade do plano tem um parafuso com duas porcas de plástico,
...
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Anexo 5 – Acoplamento carga-dinamômetro
O corpo da escala do dinamômetro deverá estar livre
quando a carga puxá-lo ao escorregar pelo plano inclinado
Não esqueça de verificar o alinhamento do dinamômetro
com a carga. Vide anexo 4.
Conecte a carga na extremidade do dinamômetro
onde está a escala.