- TL - 1-1 - Maquina - de - Atwood, Notas de estudo de Cultura

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ESCOLA SECUNDÁRIA DE FRANCISCO FRANCO

Relatório

TL 1.1. - Máquina de Atwood

Funchal 2010

ESCOLA SECUNDÁRIA DE FRANCISCO FRANCO

Relatório

TL 1.1. - Máquina de Atwood

Trabalho elaborado no âmbito da disciplina de Fisica, para o trabalho laboratorial sobre a Máquina de Atwood, sob a orientação do Professor Paulo Freire na Escola Secundária de Francisco Franco.

Funchal

NOTA INTRODUTÓRIA

A máquina de Atwood – sistema de corpos ligados – teve grande importância no estudo da Cinemática, pois permitia obter movimentos com aceleração constante, cujo valor podia variar constantemente entre 0 e g. Este dispositivo pode ser visto como uma “máquina de dilatação do tempo”, pois, com ela, os graves continuam a cair, mas tão lentamente quanto se queira.

Com este trabalho, pretende-se dar resposta às seguintes questões: Como é que a máquina de Atwood permite tornar a queda de um corpo tão lenta quanto se queira? Como poderemos minimizar a aceleração do sistema? E maximizá-la?

OBJECTIVOS DO TRABALHO

1. identificar as forças que actuam sobre um sistema de corpos ligados por um fio;
2. Identificar as situações em que a massa do fio e da roldana são desprezáveis;
3. Reconhecer que o movimento do sistema é uniformemente variado;
4. Relacionar a velocidade e a aceleração dos corpos ligados;
5. Aplicar a Segunda Lei de Newton ao sistema de corpos ligados;
6. Relacionar a aceleração do sistema de corpos ligados com a massa total do sistema e com a diferença entre as massas dos dois corpos;
7. Aplicar a Lei da Conservação da Energia a um sistema de corpos ligados.

QUESTÕES PRÉ-LABORATORIAIS

1. Trace o diagrama de forças para cada um dos dois corpos ligados e identifique as interacções existentes.

T – Tensão

P – Peso

M1 – Massa do corpo 1

M2 – Massa do corpo 2

2. Deduza a expressão (1) apresentada na introdução teórica, que lhe permite calcular o valor da aceleração do sistema.

Fr = ma e as acelerações dos dois corpos são iguais, logo:

3. Que relação existe entre o valor da aceleração e a massa total do sistema? E entre o valor da aceleração e a diferença entre as duas massas?

Quanto maior for a massa total, menor é o valor da aceleração e quanto maior for a diferença entre as massas, maior vai ser o valor da aceleração.

4. Como podemos minimizar a aceleração do sistema?

Podemos minimizar a aceleração ao garantir que o valor das duas massas seja reduzido, e que a diferença entre elas seja quase nula ou usar um fio que faça bastante atrito com a roldana.

TRABALHO LABORATORIAL

1. MATERIAL E EQUIPAMENTO (POR GRUPO DE TRABALHO)

• Calculadora gráfica ou computador com software de aquisição de dados para desenhar gráficos;
• Suporte com régua graduada;
• Roldana leve, com pouco atrito, e fio inextensível de massas desprezáveis;
• Massas marcadas (100 g, 50 g, 20 g, 10 g, 5 g) ou discos furados que possam deslizar no fio da roldana;
• Balança;
• Cronómetro e fita métrica. Em alternativa ao cronómetro, pode ser usada uma célula fotoeléctrica com contador digital de tempo. Pode ser também usada uma roldana com fotossensor, ligada directamente a um sistema de aquisição de dados.

2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

• Identifique o material e o equipamento que tem na sua mesa de trabalho;
• Prepare as tabelas necessárias para os registos que pretende efectuar;
• Realize, em seguida, a actividade seguindo os passos do procedimento experimental que concebeu. Pretende que seja variada a massa dos corpos ligados de tal modo que se mantenha constante:
  • a massa total do sistema (1ª experiência);
  • a diferença entre as massas (2ª experiência).

3. NÃO SE EQUEÇA DE

• Colocar, no suporte, uma barra que vá servir de travão ao corpo que sobe, para que o sistema de massas marcadas e discos não caia e se espalhe na mesa, levando à perda de tempo com a repetição do ensaio.
• Fixar o suporte para que o sistema não oscile durante a queda e o movimento seja rectilíneo.
• Antes de começar cada ensaio, ter cuidado de colocar o corpo mais pesado sempre na mesma posição, para que a distância de queda seja sempre a mesma.
• Fazer, no mínimo, três medições de tempo para cada caso. Se utilizar um cronómetro, aumente o número de medições de tempo (cinco ou seis medições).
• Registar a incerteza associada às grandezas medidas.

Gráficos:

Ensaio 1:

0

0,

0,

0,

0,

1 2 3 4 5

a=g (m1 - m2) / (m2+m1)

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5

a=g (m1 - m2)

0

0,

0,

0,

1 2 3 4 5

a=g(1/(m1+m2))

Ensaio 2:

0

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

a= g(m1-m2) / (m2+m1)

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5

a=g (m2 + m1)

0

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

a=g((m2-m1)/1)

CONCLUSÃO

A princípio, quando se realiza a experiência em laboratório, parece muito simples, mas quando começamos a estudá-la mais a fundo, vemos que a quantidade de informações e conceitos que estão relacionados nos levam a algo mais complexo. A partir de um aparentemente simples desequilíbrio de massas conseguimos dados que nos levam a gráficos que realmente ilustram essa oscilação, gráficos esses que são produzidos a partir de dados que aparentemente parecem não ter sido influenciados com esses desequilibrios, mas foram, pois várias minimas coisas contribuem para uma grande margem de erro no final. A conclusão pode ser resumida, então, dizendo que a experiência é interessante e exige um elevado grau de empenho para que não exista tanto erro associado.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MACIEL, Noémia et al. – EU E A FÍSICA 12 (Caderno de Laboratório). Porto: Porto Editora,

2009. ISBN 978-972-0-42209-5.

MACIEL, Noémia et al. – EU E A FÍSICA 12 (1ª Parte). Porto: Porto Editora, 2009. ISBN 978-972- 0-42209-5.

FERNANDES, António José – Métodos e regras para elaboração de trabalhos académicos científicos. Porto: Porto Editora, 1993. ISBN 972-0-34204-8.

FRADA, João J. Cúcio – Guia prático para a elaboração e apresentação de trabalhos científicos. Lisboa: Edições Cosmos, 1999. ISBN 972-762-165-1.

INSTITUTO PORTUGUÊS DA QUALIDADE – Norma portuguesa 405-1.1994. Lisboa: IPQ, 1995.