ATIVIDADE PRÁTICA – FÍSICA TERMODINÂMICA E ONDAS – OSCILADOR MASSA-MOLA

⚠️ATENÇÃO: Recomenda-se que o aluno modifique o conteúdo para evitar qualquer forma de cópia. Não nos responsabilizamos por eventuais cópias.

Atividade Prática

PERÍODO DE OSCILAÇÃO DE UM PÊNDULO ELÁSTICO EM MHS

Introdução
O oscilador massa-mola ideal é um modelo físico composto por uma mola sem massa, que mantém suas propriedades elásticas mesmo quando deformada, conhecida como mola de Hooke. Para completar o oscilador, presa a essa mola, encontra-se um corpo com massa m que não se deforma.
Na prática, esse modelo é impossível de ser alcançado, pois uma mola, mesmo que extremamente leve, nunca pode ser considerada sem massa e perderá sua elasticidade ao sofrer uma grande deformação. Além disso, qualquer corpo, independentemente da substância, será deformado, mesmo que minimamente, quando submetido a determinada força. Apesar dessas limitações, o modelo massa-mola ideal é muito útil para cálculos e pode ser aproximado com bastante precisão.
Podemos considerar dois tipos básicos de sistemas massa-mola: o oscilador massa-mola horizontal e o oscilador massa-mola vertical.
No caso do oscilador massa-mola vertical, temos uma mola com constante K e um bloco de massa m. Este sistema se aproxima das condições ideais de um oscilador massa-mola, com a mola fixada verticalmente a um suporte e ao bloco, que tem seu movimento de oscilação na vertical e operando em um ambiente sem resistência ao movimento.

Objetivo

• Construir um oscilador massa-mola vertical.
• Verificar a validade da equação que fornece o período de oscilação de um pêndulo elástico que realiza movimento harmônico simples.
• Determinar experimentalmente o valor da constante elástica da mola.

Material Utilizado – Física Mecânica I

• 1 cronômetro (pode ser o cronômetro do aparelho celular)
• 1 Fixador magnético para painel forças
• 2 Hastes ø12,7 mm x 405 mm com rosca externa m6x10
• 2 Hastes ø12,7 mm x 405 mm com rosca interna m6x15
• 4 Manípulos de latão niquelado m3x10
• 6 Massas aferidas com gancho 50 g (øxa) 28,56 x 9,36 mm
• 1 Painel metálico 650 x 500 mm com presilhas fixadoras
• 1 Pino para pendurar travessão – pêndulo – transferidor
• 2 Tripés tipo estrela 1 kg manípulo m6x25 com sapatas
• 2 molas do conjunto acessório para associação de molas.
• 1 Régua policarbonato escala 400 mm com manta magnética

Roteiro Experimental

1. A primeira parte a ser montada é o painel metálico, siga o passo a passo:

   • Repita os procedimentos montando outro conjunto de haste e tripé.
   • Desta forma você terá montado o painel metálico com tripés. Basta virá-lo e colocar em pé.

2. Coloque as duas molas helicoidais presa uma à outra em série e fixe no painel metálico previamente montado utilizando o fixador magnético com pino para fixar o travessão. Usar a montagem do painel metálico mostrada na figura, veja o vídeo com explicação da montagem em detalhes anexo na aula 07 no AVA.

3. Pendurar 50g de massa na outra extremidade da mola e estabelecer o repouso do conjunto massa-mola.

4. Afastar a massa da posição de equilíbrio e liberá-la cuidadosamente para que o conjunto inicie um movimento oscilatório na vertical.

5. Com um cronômetro manual medir o tempo de 10 oscilações completas.

6. Repetir esse procedimento três vezes e anotar o tempo médio de 10 oscilações.

7. Anotar na tabela o tempo gasto para realizar uma oscilação completa (período T) e a massa responsável pela força restauradora. Observar que se deve acrescentar 1/3 da massa da mola (3 gramas) ao valor da massa oscilante pendurada.

8. Acrescentar mais 50g à mola e repetir os procedimentos de medida do período de oscilação até completar a tabela.

Tabela 1 – Período em função da massa pendular

Análise dos Resultados e Conclusões

1. Construir o gráfico do período em função da massa: T = f(m).

2. Qual o aspecto da curva obtida?
   Período (s) x Massa (kg)

3. Realizar a mudança de variável conveniente no eixo das abscissas para linearizar o gráfico calculando a raiz quadrada da massa.

4. Construir o gráfico do período em função da Raiz quadrada da massa: T = f(√𝑚).

5. Qual deve ser a relação de dependência entre o período (T) e a massa (m)?

6. Estabelecer a equação matemática que relaciona o período e a massa pendular.

7. Sabe-se que a equação do pêndulo elástico deduzida teoricamente e que relaciona as grandezas físicas envolvidas é dada por:
   Comparar as duas expressões e obter a constante elástica da mola.

8. Utilizando a mesma montagem, fixe a régua policarbonato escala 400 mm com manta magnética, realize o experimento de Hooke para associação de duas molas em série e determine a constante elástica da mola.

9. Compare o valor da constante obtida no experimento do oscilador massa-mola com o valor encontrado no experimento de Hooke de associação de duas molas em série.

10. Os resultados experimentais confirmam a validade da equação que relaciona o período com a massa oscilante no pêndulo elástico?