Física Experimental - Mecânica - Conjunto mecânica com largador eletromagnético - EQ005J.
Índice Remissivo ........................................................................................................................................................................................................ 6
Abertura .................................................................................................................................. 8
O presente manual é composto por três partes: Documentação do produto, Instruções para o
professor e Atividades para o aluno...................................................................................... 8
Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos- Todos os direitos autorais reservados
Documentação do produto / Documentación del producto /
Product Documentation............................. 8
Atendimento ao cliente. ...................................................................................................................................................................... 9
Também dos Direitos Autorais: ......................................................................................................................................................... 9
• “A publicação/divulgação da(s) fotografia(s) e/ou ilustração(ões) reproduzida(s) na presente obra dependerá da prévia e expressa
autorização do(s) fotógrafo(s) e/ou ilustrador(es) como da concordância das pessoas retratadas, se for o caso.” ........................ 9
Também das Patentes Industriais: .................................................................................................................................................... 9
• Os produtos Cidepe contem uma ou mais patentes industriais, portanto são protegidos pela Lei das Patentes da Propriedade
Industrial, sendo proibida sua cópia ............................................................................................................................................... 9
Atendimiento al cliente. ...................................................................................................................................................................... 9
También de los Derechos de Autor: .................................................................................................................................................. 9
• "La publicación/ divulgación de la(s) fotografía(s) e/o ilustración (ciones) reproducida(s) en la presente obra dependerá de la
previa y expresa autorización del (de los) fotógrafo(s) y/o ilustrador(es) como de la concordancia de las personas retratadas, si
es el caso". ...................................................................................................................................................................................... 9
También de las Patentes Industriales ................................................................................................................................................ 9
• Los productos Cidepe contan con un o más patentes industriales, por lo tanto, son protegidos por la Ley de las Patentes de la
Propiedad Industrial, siendo prohibida su copia. ............................................................................................................................ 9
Customer service. .............................................................................................................................................................................. 10
Copyright: ......................................................................................................................................................................................... 10
• "The publication/release of the photographs and/or illustrations reproduced in this book depend on the prior and express
authorization of the photographer and/or illustrator as the agreement of the people portrayed, if applicable." .......................... 10
Industrial patents. ............................................................................................................................................................................. 10
• Cidepe's products contain industrial patents, therefore protected by the Patent Law of Industrial Property, being prohibited its
copy. .............................................................................................................................................................................................. 10
Garantia / Guarantee ........................................................................................................... 11
Certificado de Garantia Internacional ........................................................................................................................................... 11
As instruções identificadas no canto superior direito da página pelos números que se iniciam pelos algarismos “199…” são
destinadas ao professor. ................................................................................................................................................................ 11
As instruções identificadas no canto superior direito da página pelos números que se iniciam pelos algarismos “999…” são
destinadas a informações de segurança e avisos importantes. ...................................................................................................... 11
Certificado de Garantía Internacional ........................................................................................................................................... 11
Las instrucciones identificadas en la parte superior de la página, a la derecha, por los números que se inician con los guarismos
"199…", son destinadas al profesor. ............................................................................................................................................. 11
Las instrucciones identificadas en la parte superior de la página, a la derecha, por los números que se inician por los guarismos
"99…", son destinadas a informaciones de seguridad y avisos importantes. ............................................................................... 11
International Certificate of Guarantee ........................................................................................................................................... 12
The instructions identified in the upper right corner of the page, by numbers beginning with "199…" are intended to the teacher.
12
The instructions identified in the upper right corner of the page, by numbers beginning with "999…" are for safety information
and important warnings. ............................................................................................................................................................... 12
PCNs ...................................................................................................................................... 12
Os produtos Cidepe também são adequados aos Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNs. ............................................... 12
Los productos Cidepe también son adecuados a los Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNs. .......................................... 12
Cidepe's products also are adequate for Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNs .............................................................. 12
9999.992 ................................................................................................................................. 13
Informações e avisos importantes de uso e de serviços. ................................................................................................................ 13
Cuide e evite a corrosão de equipamentos. ................................................................................................................................... 13
Acessórios conectáveis ao equipamento. ...................................................................................................................................... 13
2
Física Experimental - Mecânica - Conjunto mecânica com largador eletromagnético - EQ005J.
Equipamentos com entradas para ventilação. ............................................................................................................................... 13
Como fazer a limpeza do equipamento. ....................................................................................................................................... 13
A manutenção em equipamentos não elétricos. ............................................................................................................................ 14
Caso de troca de peças ou reposição de peças. ............................................................................................................................. 14
Algumas questões ambientais. ......................................................................................................................................................... 14
O descarte da embalagem. ............................................................................................................................................................ 14
O descarte de um produto não elétrico. ........................................................................................................................................ 14
O descarte de um produto elétrico. ............................................................................................................................................... 14
O descarte de pilhas elétricas (ou baterias), quando for o caso. ................................................................................................... 14
Parte A - Instruções para o professor...................15
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Identificação do produto e seus componentes, passo a passo das montagens, cuidados, informações técnicas e teóricas relevantes. ........................................................................................................................................................................................... 15
Os diferentes níveis de sugestões experimentais nos manuais Cidepe. ........................................................................................ 15
Como montar um manual personalizado com a sequência experimental desejada, utilizando os produtos Cidepe. ................... 15
Onde encontrar o sumário atualizado das instruções que acompanham determinado equipamento constante em qualquer
conjunto Cidepe. ..................................................................................................................................................................... 15
Outras informações e suporte técnico. .......................................................................................................................................... 15
1991.000_EQ005J .................................................................................................................. 16
Conheça os componentes do Conjunto mecânica com largador eletromagnético. ..................................................................... 16
1991.000_EQ007 .................................................................................................................... 18
Conheça o dinamômetro tubular de mola, seus cuidados e a leitura na escala. ......................................................................... 18
O que é um dinamômetro. ............................................................................................................................................................ 18
O dinamômetro tubular de mola helicoidal. .................................................................................................................................. 18
Os cuidados com o dinamômetro. ................................................................................................................................................ 18
O ajuste do zero no dinamômetro (zeramento inicial). ................................................................................................................ 19
A escala especial dos dinamômetros tubulares Cidepe. ................................................................................................................. 19
Como fazer a leitura na escala do dinamômetro tubular Cidepe. ............................................................................................... 19
1991.000_CL034 .................................................................................................................... 20
Conheça o Interruptor momentâneo com saídas analógica e digital e fonte 24 VCC. ............................................................... 20
Alguns exemplos de utilização do interruptor momentâneo. ....................................................................................................... 21
Utilização simples do interruptor momentâneo com bobina 24 VCC (sem sistema de aquisição de tempo). ............................. 21
Utilização do interruptor momentâneo e da bobina 24 VCC, como sensor de largada num multicronômetro Cidepe. .............. 21
• A fixação e a largada do móvel, através da bobina. ................................................................................................................... 22
Utilização do interruptor momentâneo e da bobina 24 VCC, como sensor de largada numa interface Cidepe. ......................... 22
A fixação e a largada do móvel, através da bobina. ..................................................................................................................... 23
1992.026_1 ............................................................................................................................. 24
Instruções gerais de uso da rampa de lançamentos....................................................................................................................... 24
O nivelamento da rampa de lançamentos. .................................................................................................................................... 24
A posição da sustentação vertical regulável para esfera alvo, sem colisão. ................................................................................. 24
Como colocar as folhas carbonadas. ............................................................................................................................................. 24
O movimento bidimensional parabólico. ........................................................................................................................................ 24
A queda real e a queda livre de um corpo. ..................................................................................................................................... 24
O raio de giração (raio de inércia) e medidas com maior precisão. ............................................................................................. 25
O projétil e o alcance do projétil. .................................................................................................................................................... 25
A imprecisão máxima da medida do alcance (desvio da medida do alcance). ............................................................................ 26
O alcance médio do projétil. ............................................................................................................................................................ 26
Outras informações sobre possíveis acoplamentos. ....................................................................................................................... 26
1992.026_0 ............................................................................................................................. 28
A correção da diferença volumétrica no cilindro de Arquimedes. ............................................................................................... 28
Parte B - Atividades para o aluno .................... 29
1032.026A .............................................................................................................................. 30
3
Física Experimental - Mecânica - Conjunto mecânica com largador eletromagnético - EQ005J.
A vantagem mecânica da polia fixa. ................................................................................................................................................ 30
1032.027A .............................................................................................................................. 32
A vantagem mecânica da polia móvel. ............................................................................................................................................ 32
1032.030A .............................................................................................................................. 34
A vantagem mecânica da talha exponencial. .................................................................................................................................. 34
1032.031 ................................................................................................................................. 37
A vantagem mecânica do cadernal paralelo. .................................................................................................................................. 37
1032.051 ................................................................................................................................. 39
Condições gerais de equilíbrio estático para um corpo esférico rígido apoiado. ........................................................................ 39
O corpo rígido. .............................................................................................................................................................................. 39
1032.011.................................................................................................................................. 41
Uma maneira de determinar o tempo médio de reação de uma pessoa. ..................................................................................... 41
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1032.013 ................................................................................................................................. 43
O pêndulo simples. ............................................................................................................................................................................ 43
A lei do isocronismo para pequenas oscilações do pêndulo simples. ............................................................................................ 44
O período do pêndulo simples. ..................................................................................................................................................... 44
A frequência do pêndulo simples. ................................................................................................................................................. 44
A lei das massas e das substâncias pendulares. .............................................................................................................................. 44
A lei dos comprimentos do pêndulo simples. .................................................................................................................................. 45
1032.022A .............................................................................................................................. 46
A calibração de uma cinta de borracha, a calibração de uma mola helicoidal, a histerese elástica. ........................................ 46
A deformação mecânica elástica e plástica. .................................................................................................................................... 46
O limite de elasticidade do corpo. ................................................................................................................................................ 47
A curva característica do alongamento do corpo de prova. .......................................................................................................... 48
A histerese elástica. ........................................................................................................................................................................... 48
O dinamômetro. ............................................................................................................................................................................ 49
1032.052A .............................................................................................................................. 50
A lei de Hooke, a constante elástica e a força restauradora numa mola helicoidal. ................................................................... 50
O agente físico força. .................................................................................................................................................................... 50
A deformação plástica (deformação permanente). ....................................................................................................................... 50
A deformação temporária (deformação elástica). ......................................................................................................................... 51
A força restauradora de uma mola. ............................................................................................................................................... 51
A constante elástica da mola helicoidal. ....................................................................................................................................... 51
A terceira lei de Newton. .............................................................................................................................................................. 52
1032.053 ................................................................................................................................. 53
A constante elástica numa associação de molas helicoidais em série. .......................................................................................... 53
1032.053A .............................................................................................................................. 55
A constante elástica numa associação de molas helicoidais em paralelo. .................................................................................... 55
1032.056A .............................................................................................................................. 57
O trabalho e a energia mecânica num sistema carga e mola helicoidal. ..................................................................................... 57
A energia potencial elástica armazenada numa mola distendida ou comprimida. .................................................................. 58
A energia cinética (energia de movimento) numa mola solta, inicialmente distendida ou comprimida. ............................... 58
Utilizando o princípio da conservação da energia mecânica num sistema carga mola helicoidal. ........................................... 59
1072.008A ............................................................................................................................... 61
O MHS num sistema oscilante massa e mola helicoidal................................................................................................................ 61
A equação de definição do MHS. ................................................................................................................................................. 61
A velocidade instantânea, num instante genérico. .................................................................................................................. 62
A aceleração, num instante genérico. ...................................................................................................................................... 62
A equação diferencial que define o MHS não amortecido. .......................................................................................................... 62
1032.012A ............................................................................................................................... 64
A determinação dinâmica da constante elástica num oscilador massa e mola. .......................................................................... 64
1042.028A .............................................................................................................................. 67
4
Física Experimental - Mecânica - Conjunto mecânica com largador eletromagnético - EQ005J.
A comprovação experimental do empuxo num líquido. ................................................................................................................ 67
A força denominada empuxo. ....................................................................................................................................................... 68
1042.032A .............................................................................................................................. 69
O princípio de Arquimedes. ............................................................................................................................................................. 69
Opcional, parte II : Empuxo = (peso específico x volume), do líquido deslocado. ..................................................................... 71
1042.032A1 ............................................................................................................................ 72
A influência da densidade no valor do empuxo.............................................................................................................................. 72
1042.032A2 ............................................................................................................................ 74
Determinando a densidade de um sólido através do empuxo. ...................................................................................................... 74
A densidade (ou massa específica). .............................................................................................................................................. 74
O peso específico de um material. ................................................................................................................................................ 75
A densidade relativa. ..................................................................................................................................................................... 75
Arquimedes e a coroa do rei Hierão. ...................................................................................................................................... 75
1032.064 ................................................................................................................................. 76
O alcance num lançamento horizontal de projétil. ........................................................................................................................ 76
A incerteza da medida do alcance. ................................................................................................................................................ 78
O valor médio do alcance do projétil. ........................................................................................................................................... 78
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1032.068 ................................................................................................................................. 79
Determinação da velocidade final de um projétil, através do alcance, num lançamento horizontal. ....................................... 79
1032.076 ................................................................................................................................. 82
A quantidade de movimento linear (horizontal) de uma esfera num lançamento horizontal. .................................................. 82
A impulsão. ................................................................................................................................................................................... 83
A quantidade de movimento. ........................................................................................................................................................ 83
5
Física Experimental - Mecânica - Conjunto mecânica com largador eletromagnético - EQ005J.
Índice Remissivo
F
A
aceleração 62
ajuste do zero no dinamômetro 19
alcance do projétil 25, 78
alcance num lançamento horizontal 76
amplitude 62
Arquimedes de Siracusa (287 a 212 AC)
75
C
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escala especial do dinamômetro tubular 19
cadernal paralelo 37, 38
calibração de um anel de borracha 46
calibração de uma mola helicoidal 46
centro de massa 40
centro dos momentos 39
conjugado, ou momento 39
constante de elasticidade de molas helicoidais 53, 55
constante elástica da mola helicoidal 51
corpo rígido 39
correção do volume no cilindro de Arquimedes 28
cuidados com o dinamômetro 18
curva característica do alongamento da cinta de bo 48
fluido 70
força 50
força de reação 52
força de tensão (força de tração, stress) 47, 48
força de tração 47, 48
força denominada empuxo 68
força equilibrante 33
força motora 31, 35
força resistente 31, 33, 35
força restauradora 51, 52, 61
força resultante externa 39
frequência do MHS 62
frequência do oscilador massa e mola 65
frequência do pêndulo simples 44
G
grau de alongamento da borracha 48
H
Hertz 44
histerese elástica
48
D
I
deformação elástica 46, 51
deformação mecânica 46
deformação permanente 46, 50
deformação plástica 46
deformação plástica (deformação permanente) 50
deformação temporária (deformação elástica) 51
densidade (ou massa específica) 71
densidade de um sólido através do empuxo 74
densidade relativa 75
dependência do empuxo em relação à densidade 72
deslocamento 84
desvio da medida do alcance 26, 78
determinação dinâmica da constante K da mola 65
diferença volumétrica 28
dinamômetro 18, 49
dinamômetro tubular de mola helicoidal 18
imprecisão máxima da medida do alcance 26, 78
impulsão 83
incerteza 26
incerteza da medida do alcance 78
influência da densidade no valor do empuxo 72
E
elongação 47
elongação versus força deformadora 47, 48
empuxo 68, 69, 70
energia 59
energia cinética 59
energia cinética (energia de movimento) 59
energia mecânica num sistema carga mola helicoidal 57
energia potencial elástica 58, 59, 63
equação de definição do MHS 61
equação diferencial que define o MHS 62
equação diferencial que define o MHS executado por 62
equação em seno do MHS 63
equilíbrio estático de um corpo rígido 39
equilíbrio estável 40
equilíbrio indiferente 40
equilíbrio instável 40
erro de paralaxe 47
J
Joule (J)
58
L
lançamento de um projétil 24
largador eletromagnético 26
lei das massas e das substâncias pendulares 44
lei de Hooke 62
lei do isocronismo para pequenas oscilações do pên
lei dos comprimentos do pêndulo simples 45
leitura na escala do dinamômetro 19
limite de elasticidade do corpo 47
44
M
máquina simples 33
massa específica 71
medidor de forças 49
MHS (movimento harmônico simples) 61
MHS executado por um oscilador massa e mola
molas helicoidais em série 53
móvel de referência 62
movimento bidimensional parabólico 24, 83
movimento em fase 62
61, 64
N
nível de referência
19
O
oscilador massa e mola
64, 65
6
Física Experimental - Mecânica - Conjunto mecânica com largador eletromagnético - EQ005J.
P
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perda de peso aparente de um corpo imerso 75
período 44
período do MHS 63
período do oscilador massa e mola 65
período do pêndulo simples 44
peso aparente do corpo dentro do líquido 68, 70
peso específico 71, 75
polia 31, 32
polia móvel 33
ponto médio da trajetória 63
posição de equilíbrio 40, 62
princípio da conservação da energia 63
princípio da conservação da energia mecânica 60
princípio da impenetrabilidade da matéria 68
princípio de Arquimedes 69, 70
processo dinâmico para a determinação de K 63
projétil 25
pulsação 63
vantagem mecânica estática ideal 33
vantagem mecânica estática real 33
velocidade instantânea 62
Z
zeramento inicial de um dinamômetro
19
Q
quantidade de movimento 84
quantidade de movimento linear
queda livre 25, 83
queda real 25
82, 83
R
raio de giração 25
raio de inércia 25
rampa 24
S
sensor de largada 21
stress 47, 48
suporte para sensor 26
T
talha exponencial 35
técnica da contagem regressiva compassada 42
tempo médio de reação 41
terceira lei de Newton 52
torque (conjugado, ou momento) 39
trabalho e a energia mecânica 57
trabalho realizado pelo agente externo 58
trabalho realizado por uma força constante 57, 63
trabalho realizado por uma força variável 58, 63
trabalho realizado sobre um sistema 58
trocas de energia num corpo que oscila numa mola 57
U
unidade da constante de elasticidade no SI 51
unidade da densidade (massa específica) no SI 71
unidade da densidade (ou massa específica) 75
unidade da frequência no SI 44
unidade do período no SI 44
V
vantagem mecânica da talha exponencial 35
vantagem mecânica dinâmica 33
vantagem mecânica dinâmica Vmd da polia 31
vantagem mecânica do cadernal paralelo 38
7