1. Estudo experimental de um sistema massa-mola

Objetivos:

1. Observar e analisar o movimento oscilatório de um sistema massa-mola. 2. Medir períodos de oscilação. 3. Verificar a dependência do período do movimento com a massa acoplada (m) e com a dureza da mola (k).

 

Introdução:   O período de oscilação de um sistema massa-mola como o da figura abaixo é dado pela relação , onde é a freqüência angular do movimento oscilatório. Supondo-se a massa da mola desprezível frente à da massa m acoplada, o período pode ser escrito como onde k é o coeficiente de restituição da mola.

 

Material necessário:

molas com diferentes coeficientes de restituição (k); massas diferentes (blocos de madeira ou argolas metálicas).

Procedimento:

1. Monte o sistema massa e mola, como mostra a figura.

2. Meça, com o auxílio de massas diferentes e conhecidas (m), a constante k da mola, lembrando que F = -kx, onde x é a distensão da mola e P = mg.

3. Acople agora uma massa M₁ e faça o sistema oscilar de forma uniforme (sem deixar dar pinotes!) Meça o intervalo de tempo de 5 oscilações (ou mais) e obtenha o período. Repita a medição várias vezes, organize uma tabela. Meça a massa M₁ numa balança.

Lembre-se de que o desvio é dado pelo (valor máximo - valor mínimo)/2.

4. Utilize os valores obtidos para k e M₁ e calcule o período esperado através da relação .
Compare com o valor experimental.

5. Acople agora 2 blocos, repita as medições do período e estenda a tabela iniciada anteriormente. Faça ainda para 3 blocos, se a mola for adequada, e estenda a tabela anterior. Calcule os valores esperados e compare com as medidas de períodos para cada caso.

6. Agora use apenas 1 bloco e repita o procedimento para outras molas (diferentes valores de k). Meça os períodos e compare com os valores esperados.

Observação: Grupos diferentes de alunos poderiam usar molas diferentes e, ao juntar as informações de toda a classe, seriam obtidos os mesmos resultados sem tanta repetição!

2. Experimentação - medida de aceleração

Introdução:

Como já foi visto, a força elástica que age na mola é dada pela relação F = -kx. Uma vez distendida a mola, se acoplamos uma massa M na sua extremidade, ela será acelerada. Conforme a 2ª lei de Newton F = Ma, a aceleração alcançada depende da massa. Supondo-se o atrito desprezível, aumentando-se a massa, a aceleração deve diminuir para uma dada força aplicada.

Procedimento:

1. Monte um sistema semelhante ao mostrado acima e estude qualitativamente o movimento, com diferentes distensões e diferentes massas.

2. Meça a massa M.

3. Escolha o intervalo adequado de distensão, para a massa escolhida, meça a aceleração para diferentes valores de distensão x. Como k já é conhecido,

4. Aumente a massa e obtenha novamente as acelerações.

Demonstração

1) Cole duas réguas sobre uma mesa para servir de trilha para um carrinho. Nas extremidades das réguas cole um elástico, como mostra a figura.

Empurre o carrinho para trás, esticando um pouco o elástico, e solte-o Observe onde ele pára. Empurre o carrinho mais para trás, forçando o elástico a se esticar mais que na etapa anterior. Solte-o e observe onde o carrinho pára.
Discuta o que aconteceu.

2) Em vários alunos, tente seguir uma "bolinha maluca" que pula. Ela deve pular cada vez menos. Tente medir aproximadamente as alturas máximas alcançadas pela bolinha.
Discuta o que foi observado.

3) Tente estudar como funciona o sistema amortecedor de um automóvel.

4) Use uma mola grande e estude o comportamento.