ATIVIDADE PRÁTICA DE DINÂMICA DOS CORPOS

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Atividade Prática de Dinâmica dos Corpos

Objetivo

Verificar experimentalmente e analisar teoricamente os princípios da:

• Conservação da quantidade de movimento;
• Conservação da energia mecânica.

Entrega

O relatório deve ser entregue em um único arquivo em PDF, contendo:

• Fotos do experimento sendo realizado;
• Explicação de como o experimento foi executado;
• Todos os cálculos realizados manualmente (em folha separada, escaneada ou fotografada com boa qualidade);
• Todos os valores intermediários dos cálculos;
• Cálculos utilizando três casas decimais, com arredondamento (não utilizar truncamento);
• Resposta da pergunta final;
• Uma foto do aluno junto ao experimento.

Introdução

A atividade tem como objetivo estudar dois importantes princípios da Dinâmica:

• Conservação da quantidade de movimento;
• Conservação da energia mecânica.

A quantidade de movimento permanece constante em sistemas isolados onde não há força externa resultante.

A energia mecânica (energia potencial + energia cinética) permanece constante quando atuam apenas forças conservativas.

Através do experimento será possível comparar os resultados práticos com os cálculos teóricos.

Materiais

• Painel magnético (500 x 650 mm);
• 2 hastes de 400 mm (fêmea);
• 2 hastes de 400 mm (macho);
• 2 tripés tipo estrela;
• Conjunto de massa aferida de 50 g com gancho;
• 4 fixadores;
• Barbante;
• Transferidor;
• Fixador magnético com haste;
• Carrinho;
• Rampa com régua;
• Balança digital (ou dinamômetro dos kits 23 ou 24).

Procedimento Experimental

1. Fixar o ímã com o transferidor no painel.
2. Amarrar um lado do barbante na haste do ímã.
3. Prender a massa de 50 g na outra extremidade do barbante.
4. Posicionar a rampa no chão.
5. Ajustar o peso para ficar alguns centímetros acima da rampa, preferencialmente alinhado ao zero da régua.
6. Medir o comprimento do fio.
7. Medir a massa do carrinho.
8. Levantar o pêndulo até um determinado ângulo, mantendo o fio esticado.
9. Posicionar o carrinho na marca zero da régua.
10. Soltar o pêndulo.
11. Medir a distância percorrida pelo carrinho.

Cálculos

Passo 1 – Velocidade do pêndulo antes da colisão

Calcular:

• Altura (h) utilizando trigonometria;
• Energia Potencial Inicial:

[
E_p = mgh
]

• Como toda energia potencial transforma-se em energia cinética:

[
E_p = E_c
]

[
mgh=\frac{mv^2}{2}
]

Encontrar a velocidade inicial do pêndulo.

Passo 2 – Velocidades após a colisão

Considerando colisão elástica:

Conservação da quantidade de movimento

[
m_1v_{1i}=m_1v_{1f}+m_2v_{2f}
]

Conservação da energia cinética

\frac{m_1v_{1f}^2}{2}
+
\frac{m_2v_{2f}^2}{2}
]

Resolver o sistema para encontrar:

• Velocidade final do pêndulo;
• Velocidade final do carrinho.

Passo 3 – Desaceleração do carrinho

Utilizar a equação do MRUV:

[
v^2=v_0^2+2a\Delta s
]

Como o carrinho para ao final:

[
v=0
]

Logo:

[
a=-\frac{v_0^2}{2\Delta s}
]

Passo 4 – Repetição

Repetir todo o procedimento utilizando um ângulo diferente.

Isso produzirá:

• Nova altura;
• Nova velocidade;
• Nova desaceleração.

Pergunta Final

Qual a diferença entre as duas acelerações encontradas? Por que isso acontece?