Efisica

Experimentação

 

 

Lançamento de uma esfera com velocidade inicial conhecida.

 

Objetivos:
  1. Verificar as previsões obtidas pela decomposição de movimentos no lançamento de uma esfera.
  2. Obter a velocidade inicial do lançamento em módulo, direção e sentido.
  3. Comparar os dados experimentais com as previsões, considerando-se sempre os desvios associados tanto às medições quanto às previsões.

 

Parte experimental:


Utilize um trilho de ~ 1,5m de comprimento com inclinação suficiente para que uma esfera metálica role livremente. Faça a montagem na beira da mesa, como mostra a ilustração abaixo.

Cole uma folha de papel no chão e coloque um papel carbono sobre a folha de papel, aproximadamente no local onde a esfera vai cair. (Faça tentativas antes de colocar o papel carbono.) A esfera deve iniciar o movimento, partindo do repouso, na extremidade superior da canaleta. Desta forma, o experimento pode ser reproduzido com a mesma velocidade.

 

Procedimento:

 

1. Inicialmente, faça ensaios do posicionamento do trilho sobre a mesa para que a esfera caia em lugar apropriado. Lembre-se que, se a distância for muito grande, pode dificultar a medição mas a imprecisão da escala fica mais desprezível. Variando a posição inicial da esfera sobre o trilho, a velocidade de lançamento será diferente.

2. Observe se a esfera caindo sobre o papel carbono produz uma marca nítida sobre o papel. Variando o ângulo de inclinação do trilho, a velocidade de lançamento será diferente e, conseqüentemente, a velocidade final.

3. Fixada a posição do trilho, o ângulo de inclinação e a posição inicial da esfera, marque e fixe o arranjo. Anote o ângulo de inclinação medida por trigonometria ou com um transferidor.

4. Faça marcas nítidas no trilho para facilitar as medições de intervalos de tempo necessárias para a determinação da velocidade de lançamento.
Um grupo de alunos pode repetir o experimento várias vezes ou, então, vários grupos podem sucessivamente obter os dados experimentais. Organize os grupos de 6 alunos.

5. O grupo de seis alunos poderá ser distribuído para as diversas atividades: um aluno (o nº 1) para dar partida na esfera ao mesmo tempo que sinaliza o início do movimento (por exemplo, um, dois, três, já!). Quatro alunos devem cronometrar o intervalo de tempo entre o início do movimento e a passagem da esfera por diferentes marcas. Um aluno cronometra o intervalo de tempo entre o início do movimento e a chegada da esfera no solo (t4).

6. Meça os comprimentos percorridos pela esfera nos diferentes trechos e anote. O aluno 6 organiza os dados em uma tabela:

1 =
2 =
3 =


t1 (s)
t2 (s)
t3 (s)
t4 (s)

 

Várias medições

 




t




Obs.: Antes de começar a tomada de dados, é recomendável que os alunos façam algumas tentativas para acertar as reações.

7. Organize agora outra tabela (agora das velocidades) com os valores médios de tempo obtidos na tabela anterior.

Estas velocidades são velocidades médias nos trechos correspondentes. Então, elas devem ser colocadas em um gráfico, lembrando que a velocidade média num intervalo de tempo é a velocidade instantânea no instante intermediário, neste caso,

v0 = 0

v1 =

 

t = 0

t1/2 =

etc.

8. Construa o gráfico da velocidade em função do tempo num papel milimetrado e trace uma reta, de modo que alguns pontos fiquem acima e outros abaixo da mesma. Lembre-se que (v = 0 , t = 0) é um ponto experimental.

9. Usando o gráfico construído no item 8, obtenha a velocidade de lançamento v1 no instante t1/2.

10. A direção e o sentido da velocidade inicial são obtidos pelo posicionamento do trilho.

Atenção! Agora você sabe módulo, direção e sentido da velocidade de lançamento da esfera.

11. A altura de onde a esfera é lançada e o ponto onde ela atinge o chão devem ser medidos e anotados. Não se esqueça de atribuir desvios para essas medidas. Use um sistema de coordenadas como indicado abaixo:

12. Use a decomposição de movimentos e obtenha a posição esperada para a esfera chegar ao solo. Compare com a medida obtida. Veja apêndice teórico, se necessário.

13. Supondo g = 9,8 m/s2, pode-se calcular também o tempo de queda da esfera depois do lançamento. Esse valor deve ser comparado com o obtido experimentalmente.


Demonstrações

1) Numa tira longa de papel, treine inicialmente para fazer riscos exatamente ao longo de um segmento de reta de aproximadamente 5cm, num movimento de vai-vem. Procure manter a velocidade constante.

Depois que o aluno já estiver acostumado, um segundo aluno deve puxar lentamente o papel, com velocidade constante. É análogo ao cavalo que sobe e desce num carrossel.

2) Numa tira larga de papel, montada sobre uma prancheta dura, trace uma reta com a mão apoiada sobre a quina da mesa para dar a direção.

Trace novamente a reta, agora com um colega puxando a prancheta com velocidade praticamente constante.

Dependure um objeto pesado na extremidade do fio de modo que a prancheta seja puxada agora com aceleração constante.

 

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