Faculdade de Tecnologia de Mogi
Mirim
“Arthur de Azevedo”
Roteiro para prática experimental
EXPERIMENTO 7
Determinação da constante elástica de uma mola
utilizando o plano inclinado por fuso
Disciplina: Física Experimental
GRUPO DE TRABALHO:
Estudante 1 (nome e R.A.)
Estudante 2 (nome e R.A.)
Estudante 3 (nome e R.A.)
Estudante 4 (nome e R.A.)
Agosto/2014
EXPERIMENTO 7
DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE ELÁSTICA DE UMA MOLA
UTILIZANDO O PLANO INCLINADO POR FUSO
1) PARTE A
Determinação da constante elástica da mola utilizando o plano inclinado por fuso, pelo
método estático.
1.1)
Objetivos deste experimento:
O objetivo principal deste experimento é determinar a constante elástica de uma mola
utilizando o plano inclinado por fuso. Para executar este experimento o estudante deverá colocar
em prática seus conhecimentos de decomposição de vetores, saber medir a massa de um corpo
em uma balança e saber ler o deslocamento em uma régua a partir de um ponto referencial.
1.2) Materiais
i) Pendulo de fuso
ii) Carrinho com suportes
iii) Dinamômetro
iv) Balança
v) Massas
vi) Suporte para as massas
vii) Barbante
viii) Fita adesiva
ix) régua (metálica)
x) caneta marcador de quadro branco.
1.3) Montagem experimental
Coloque o plano inclinado sobre a bancada e gire o fuso até que os trilhos do plano
inclinado fiquem na horizontal (0o), ou seja, não provoquem elongação na mola. Na parte oposta
ao goniômetro (medidor de ângulos), prenda no parafuso a mola do experimento. Na outra
ponta da mola , prenda o carrinho com a suporte para massas para baixo com um pedaço de
barbante, como mostrado na Figura-1a) e 1b).
a)
b)
Figura-1: Mola fixada aos trilhos do plano inclinado, com carrinho. a) mola fixada na
extremidade dos trilhos. b) carrinho ficado à extremidade da mola.
Pese o carrinho e uma quantidade de massa que será colocada no suporte para massas
(abaixo do carrinho), como mostrado na Figura-1b). A massa escolhida também pode ser fixada
ao suporte do carrinho com um pedaço de barbante. A massa do carrinho somada a massa de
carga será chamada de mT.
O sistema experimental deverá permitir a elongação da mola como apresentado na
Figura-2.
Figura-2: Montagem experimental para determinação da gravidade local com plano de fuso e
dinamômetro.
1.4) Medidas experimentais
Em seguida carregue o carrinho com a quantidade de massa conhecida, ou seja, pesada
previamente (carregue o carrinho com mais de 100g).
A partir de 0o, aumente o ângulo dos trilhos até dez graus, para que o carrinho e a massa
façam a mola esticar. Balance o carrinho, com pequenos toques, para se certificar que a posição
de equilíbrio não está alterada pelo atrito entre as rodas do carrinho e os trilhos.
Meça o valor elongação da mola, em relação à posição de equilíbrio fazendo-se marcas
no trilho do plano, com a fita adesiva ou com uma caneta de quadro branco, para medir a
elongação em função do aumento do ângulo de inclinação dos trilhos como mostrado na
Figura - 2. Você também pode acoplar ao sistema uma régua milimetrada para se fazer as
medidas do deslocamento, como mostrado na Figura-3. Neste caso use a régua para medir os
deslocamentos
Figura-3: Acoplamento de uma régua aos trilhos do plano inclinado por fuso.
Repita os experimentos para cinco ângulos diferentes, como mostrado na Figura - 4,
variando de dez em dez graus a inclinação dos trilhos e complete a Tabela-1 abaixo:
Figura-4: Exemplo de variação do ângulo do plano inclinado por fuso. a)
Massa (kg)
Tabela-1: medidas experimentais utilizando o plano de fuso
Leitura da elongação da
Ângulo do plano  (o)
T()=mTgsen()
mola (m)
1.5) Análise das medidas experimentais
1) No papel milimetrado abaixo, faça um gráfico da tensão T() versus elongação da
mola X (devido ao aumento da inclinação de ). Lembre-se, a força exercida pela massa é
causada pela componente da força peso na direção do deslocamento do carrinho (lembre-se:
T=Psen=mTgsen).
O que você pode afirmar sobre a dependência de T() com elongação da mola? É uma
relação linear?
Grafico-1: Tensão aplicada na mola, em função do deslocamento XT()
Em caso afirmativo, trace uma reta que você considera que melhor se ajusta aos pontos
experimentais.
Calcule o coeficiente angular da reta que melhor se ajusta aos pontos experimentais
utilizando dois pontos da reta, e não pontos experimentais. Para use a expressão:
( ( ))
Onde e
são
( )
( ) analogamente
(1)
.
Espaço para os cálculos
Neste caso, qual o siginificado físico do coeficiente angular da reta?
Qual o valor da constante elástica da mola?
Você foi capaz de compreender a decomposição da força peso em um plano inclinado?
Faça alguns comentários sobre suas observações e o que você compreendeu do
experimento.
Você compreende o sinal negativo da Lei de Hook (F= - kx), para a força exercida por
uma mola?
2) PARTE-B
Neste experimento, calcularemos a constante elástica da mola, pelo método
estático (mesmo utilizado anteriormente), mas o sistema será montado na vertical, e não
terá o carrinho apoiado sobre os trilhos do plano de fuso. Com este tipo de montagem
experimental são eliminadas as de atrito entre as rodinhas do carrinho e o trilho de ar,
bem como entre os eixos do carrinho e seus mancais.
2.1) Montagem Experimental
Nesta montagem experimental devemos erguer a montagem anterior, de forma
que o plano de fuso fique perpendicular a superfície de apoio, como apresentado na
Figura-5.
Figura-5: Plano inclinado de fuso perpendicular a superfície de apoio. a) sistema montado e b)
posição do porta massa descarregado.
2.2) Medidas experimentais
Primeiramente, observe o posição da parte inferior do porta massas na régua, como na
Figura-5b). Esta será a posição de equilibro do sistema. Se necessário desloque a régua para
baixo para que as medidas que serão feitas permitam a maior elongação da mola. Carregue o
suporte com uma quantidade de massa conhecida, por exemplo, um disco de latão (pese na
balança a massa do disco) e meça o deslocamento, causado pelo disco , em relação a posição de
equilíbrio.
Aumente a carga de massa no porta massas, e meça novamente o deslocamento em
relação a posição de equilíbrio com a nova massa. Sempre pese as massas que serão
adicionadas.
Repita o procedimento experimental para pelo menos quatro massas diferentes e
preencha a Tabela-2 abaixo.
Tabela-2: medidas experimentais para determinar a constante elástica da uma mola
Massa (kg)
P=mg
L Leitura da elongação da mola (m)
Após fazer as medidas experimentais, faça um gráfico da elongação da mola em
função da força peso (P=mg) no papel milimetrado.
Trace a reta que melhor se ajusta aos dados experimentais (PL). Calcule o
coeficiente angular da reta, utilizando pontos sobre e não pontos experimentais.
Após fazer o Gráfico-2, use a equação (2) para obter o coeficiente angular da
reta.
,
onde os pontos (L2, P2) são os estão à esquerda de (L1, P1).
CÁLULOS:
(2)
Grafico-2: Tensão aplicada na mola, em função do deslocamento XP()
2.3 Perguntas sobre a parte B
1) O que significa o coeficiente angular da reta ?
2) Ao utilizarmos a equação (2), estamos baseados em que lei física ? Qual o nome do
cientista que propôs a proporcionalidade entre a força de uma mola e seu deslocamento?
3) Os resultados obtidos na parte B foram diferentes daqueles obtidos na parte A? Se
sim, quais seriam as causas para estes diferenças?
4) Qual é o erro percentual entre a o resultado obtido para a constante elástica da
parte A e o resultado da parte B?