Física Experimental - Mecânica - Conjunto Arete - EQ005.
Índice Remissivo ........................................................................................................................................................................................................ 4
Abertura .................................................................................................................................. 6
Guarantee / Garantia.............................................................................................................. 7
Certificado de Garantia Internacional ............................................................................................................................................. 7
As instruções identificadas no canto superior direito da página pelos números que se iniciam pelos algarismos “199…” são destinadas ao professor. .............................................................................................................................................................................. 7
International Certificate of Guarantee ............................................................................................................................................. 7
All of the basic instructions identifies by numbers beginning with "199 . . . " are meant for use by teachers. .................................... 7
PCN .......................................................................................................................................... 7
Os produtos Cidepe são adequados aos Parâmetros Curriculares Nacionais - PCN .................................................................... 7
1992.026 ................................................................................................................................... 8
Conheça o conjunto de mecânica. ...................................................................................................................................................... 8
Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos - Direitos Autorais Reservados.
1992.026_1 ............................................................................................................................. 10
Montagem da rampa para lançamentos. ........................................................................................................................................ 10
• O nivelamento da rampa de lançamento. .................................................................................................................................... 10
• A posição do ponto de apoio. ..................................................................................................................................................... 10
• Como colocar as folhas carbonadas. ........................................................................................................................................... 10
• Como acoplar um largador eletromagnético (acessório opcional). ............................................................................................ 11
O movimento bidimensional parabólico. ........................................................................................................................................ 11
A queda real e a queda livre de um corpo. ...................................................................................................................................... 11
O raio de giração (raio de inércia) e medidas com maior precisão. .............................................................................................. 11
O projétil e o alcance do projétil. ..................................................................................................................................................... 12
A imprecisão máxima da medida do alcance (desvio da medida do alcance). ............................................................................. 12
O alcance médio do projétil. ............................................................................................................................................................ 12
1992.002 ................................................................................................................................. 13
Conheça os dinamômetros analógicos de mola. ............................................................................................................................. 13
O dinamômetro de mola helicoidal. ................................................................................................................................................ 13
• O dinamômetro tubular. .............................................................................................................................................................. 13
• O dinamômetro retangular de fixação magnética. ...................................................................................................................... 13
• O dinamômetro tubular de fixação magnética. ........................................................................................................................... 13
• O zeramento inicial de um dinamômetro de mola helicoidal. .................................................................................................... 13
• Como ler na escala do dinamômetro tubular. ............................................................................................................................. 14
O dinamômetro circular de mola espiral. ....................................................................................................................................... 14
• Cuidados com os dinamômetros. .................................................................................................................................... 14
1992.026_0 ............................................................................................................................. 15
A correção da diferença volumétrica no cilindro de Arquimedes. ................................................................................................ 15
1032.022A .............................................................................................................................. 16
A calibração de uma cinta de borracha, a calibração de uma mola helicoidal, a histerese elástica. ......................................... 16
A deformação mecânica (elástica e plástica). ................................................................................................................................. 16
• O limite de elasticidade do corpo. .............................................................................................................................................. 17
• O grau de alongamento da borracha depende do prévio histórico da borracha que compõe o corpo de prova (cinta). .............. 18
• A curva característica do alongamento do corpo de prova. ........................................................................................................ 18
A histerese elástica. ........................................................................................................................................................................... 18
• O dinamômetro. .......................................................................................................................................................................... 18
1032.026A .............................................................................................................................. 19
A vantagem mecânica da roldana fixa. ........................................................................................................................................... 19
• A roldana. ................................................................................................................................................................................... 19
• A roldana fixa. ............................................................................................................................................................................ 19
1032.027A .............................................................................................................................. 21
A vantagem mecânica da roldana móvel. ....................................................................................................................................... 21
• A roldana móvel. ........................................................................................................................................................................ 21
1032.030A .............................................................................................................................. 23
A vantagem mecânica da talha exponencial. .................................................................................................................................. 23
• A talha exponencial. ................................................................................................................................................................... 23
1
Física Experimental - Mecânica - Conjunto Arete - EQ005.
1032.031 ................................................................................................................................. 25
A determinação experimental da vantagem mecânica do cadernal paralelo. ............................................................................. 25
• O cadernal paralelo. .................................................................................................................................................................... 25
1032.051 ................................................................................................................................. 27
Condições gerais de equilíbrio estático para um corpo esférico rígido apoiado. ........................................................................ 27
• O corpo rígido. ........................................................................................................................................................................... 27
• As condições para o equilíbrio estático de um corpo rígido. ...................................................................................................... 27
1032.011 ................................................................................................................................. 30
Uma maneira de determinar o tempo médio de reação de uma pessoa. ...................................................................................... 30
Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos - Direitos Autorais Reservados.
1032.013 ................................................................................................................................. 31
O pêndulo simples. ............................................................................................................................................................................ 31
A lei do isocronismo para pequenas oscilações do pêndulo simples. ............................................................................................ 32
• O período do pêndulo simples. ................................................................................................................................................... 32
• A unidade do período no SI. ............................................................................................................................................ 32
• A frequência do pêndulo simples. ............................................................................................................................................... 32
• A unidade da frequência no SI. ....................................................................................................................................... 32
A lei das massas e das substâncias pendulares. .............................................................................................................................. 33
A lei dos comprimentos do pêndulo simples. .................................................................................................................................. 33
1032.052A .............................................................................................................................. 34
A lei de Hooke, a constante elástica e a força restauradora numa mola helicoidal. .................................................................... 34
• O agente físico força. .................................................................................................................................................................. 34
• A deformação plástica (deformação permanente). ...................................................................................................................... 34
• A deformação temporária (deformação elástica). ....................................................................................................................... 34
• A força restauradora de uma mola. ............................................................................................................................................. 35
• A constante elástica da mola helicoidal. ..................................................................................................................................... 35
• A unidade da constante de elasticidade no SI. ................................................................................................................. 35
• A terceira lei de Newton. ............................................................................................................................................................ 35
1032.053 ................................................................................................................................. 37
A constante elástica numa associação de molas helicoidais em série. .......................................................................................... 37
1032.053A .............................................................................................................................. 38
A constante elástica numa associação de molas helicoidais em paralelo. .................................................................................... 38
1032.056A .............................................................................................................................. 39
O trabalho e a energia mecânica num sistema carga mola helicoidal.......................................................................................... 39
• A energia potencial elástica armazenada numa mola distendida ou comprimida. ........................................................... 40
• A energia cinética (energia de movimento) numa mola solta, inicialmente distendida ou comprimida. ........................ 40
Utilizando o princípio da conservação da energia mecânica num sistema carga mola helicoidal. ............................................ 41
1072.008A............................................................................................................................... 42
O MHS num sistema oscilante massa e mola helicoidal. ............................................................................................................... 42
• A equação de definição do MHS. ............................................................................................................................................... 42
• A velocidade instantânea, num instante genérico. ........................................................................................................... 42
• A aceleração, num instante genérico. .............................................................................................................................. 42
• A equação diferencial que define o MHS não amortecido. ......................................................................................................... 42
A equação diferencial que define o MHS executado por um móvel que oscila, com pequenas amplitudes, suspenso numa
mola helicoidal. ........................................................................................................................................................................... 43
Um processo dinâmico para a determinação de K. ........................................................................................................................ 43
• O princípio da conservação da energia. ...................................................................................................................................... 44
1032.012A............................................................................................................................... 45
A determinação dinâmica da constante elástica num oscilador massa e mola. ........................................................................... 45
• Determinando dinamicamente a constante elástica K. ............................................................................................................... 46
1042.028A .............................................................................................................................. 47
A comprovação experimental do empuxo. ...................................................................................................................................... 47
• A força denominada empuxo. ..................................................................................................................................................... 48
1042.032A .............................................................................................................................. 49
2
Física Experimental - Mecânica - Conjunto Arete - EQ005.
O princípio de Arquimedes. ............................................................................................................................................................. 49
Arquimedes de Siracusa (287 a 212 AC). .......................................................................................................................... 50
A expressão: Empuxo = (peso específico x volume) do líquido deslocado. .................................................................................. 51
• A densidade (ou massa específica) de uma substância. .............................................................................................................. 51
• A unidade de densidade (unidade da massa específica). ................................................................................................. 51
• O peso específico de uma substância. ......................................................................................................................................... 51
1042.032A1 ............................................................................................................................ 52
A influência da densidade no valor do empuxo. ............................................................................................................................. 52
1042.032A2 ............................................................................................................................ 53
Determinando a densidade de um sólido através do empuxo. ...................................................................................................... 53
• A densidade (ou massa específica). ............................................................................................................................................ 53
• A unidade da densidade (ou massa específica) no SI. ..................................................................................................... 53
• O peso específico de um material. .............................................................................................................................................. 53
Arquimedes de Siracusa (287 a 212 AC). ..................................................................................................................................... 54
• A densidade relativa.................................................................................................................................................................... 54
• Arquimedes e a coroa do rei Hierão. ............................................................................................................................... 54
Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos - Direitos Autorais Reservados.
1032.092 ................................................................................................................................. 55
A diferenciação entre força e pressão. ............................................................................................................................................. 55
• Os sólidos transmitem a força externa aplicada. ......................................................................................................................... 55
• O efeito da força aplicada depende da área em que esta força atua. ........................................................................................... 56
• A pressão..................................................................................................................................................................................... 56
Determinação da pressão exercida pelos pés de uma pessoa sobre o chão. .................................................................................. 57
1032.064 ................................................................................................................................. 58
O alcance num lançamento horizontal de projétil. ........................................................................................................................ 58
• A incerteza da medida do alcance. .............................................................................................................................................. 59
• O valor médio do alcance do projétil. ......................................................................................................................................... 59
1032.068 ................................................................................................................................. 60
Determinação da velocidade final de um projétil, através do alcance, num lançamento horizontal. ....................................... 60
1032.072 ................................................................................................................................. 62
Determinação da velocidade de lançamento horizontal de um projétil, pela conservação da energia. ..................................... 62
Pré-requisitos. ................................................................................................................................................................................... 62
• O princípio da conservação da energia mecânica. ...................................................................................................................... 62
• Questionário inicial. ................................................................................................................................................................... 63
1032.076 ................................................................................................................................. 65
A quantidade de movimento linear (horizontal) de uma esfera num lançamento horizontal. ................................................... 65
Pré-requisitos. ................................................................................................................................................................................... 65
• A impulsão. ................................................................................................................................................................................. 65
• A quantidade de movimento. ...................................................................................................................................................... 65
1032.080A .............................................................................................................................. 68
Determinação da quantidade de movimento numa colisão frontal (duas esferas diferentes). ................................................... 68
• Pré-requisitos. ................................................................................................................................................................................. 68
1032.080B............................................................................................................................... 70
Conservação da quantidade de movimento numa colisão lateral entre duas esferas diferentes. ............................................... 70
Pré-requisitos: ................................................................................................................................................................................... 70
3
Física Experimental - Mecânica - Conjunto Arete - EQ005.
Índice Remissivo
A
aceleração 42
alcance do projétil 12, 59
alcance num lançamento horizontal 58
altura num lançamento 59
amplitude 43
Arquimedes de Siracusa (287 a 212 AC) 54
associação de molas helicoidais em paralelo 38
Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos - Direitos Autorais Reservados.
C
cadernal paralelo 25, 26
calibração de um anel de borracha 16
calibração de uma mola helicoidal 16
centro de massa 28
centro dos momentos 27
conjugado, ou momento 27
constante de elasticidade de molas helicoidais 37
constante elástica da mola helicoidal 35
corpo rígido 27
correção do volume no cilindro de Arquimedes 15
curva característica do alongamento da cinta de bo 18
equação em seno do MHS 44
equilíbrio estático de um corpo rígido
equilíbrio estável 28
equilíbrio indiferente 28
equilíbrio instável 29
erro de paralaxe 16
27
F
fluido 50
força 34
força de reação 35
força de tensão (força de tração, stress) 17, 18
força de tração 17, 18
força denominada empuxo 48
força equilibrante 21
força motora 20, 24
força resistente 19, 21, 22, 23
força restauradora 35, 36, 42
força resultante externa 27
frequência do MHS 43
frequência do oscilador massa e mola 46
frequência do pêndulo simples 32
G
D
grau de alongamento da borracha
deformação elástica 16, 34
deformação mecânica 16
deformação permanente 16, 34
deformação plástica 16
deformação plástica (deformação permanente) 34
deformação temporária (deformação elástica) 34
densidade (ou massa específica) 51
densidade de um sólido através do empuxo 53
densidade relativa 54
dependência do empuxo em relação à densidade 52
deslocamento 66
desvio da medida do alcance 12, 59
determinação dinâmica da constante K da mola 46
diferença volumétrica 15
diferenciação entre força e pressão 55
dinamômetro 13, 18
dinamômetro circular de mola espiral 14
dinamômetro tubular de fixação magnética 13
dinamômetros retângulares 13
dinamômetros tubulares 13
H
E
M
elongação 17
elongação versus força deformadora 17, 18
empuxo 48, 49, 50
energia 40
energia cinética 41
energia cinética (energia de movimento) 40
energia cinética total 64
energia mecânica num sistema carga mola helicoidal 39
energia potencial elástica 40, 41, 44
energia potencial inicial 64
equação de definição do MHS 42
equação diferencial que define o MHS 42, 43
equação diferencial que define o MHS executado por 43
máquina simples 22
massa específica 51
medidor de forças 18
MHS (movimento harmônico simples) 42
MHS executado por um oscilador massa e mola 42, 45
molas helicoidais em paralelo 38
molas helicoidais em série 37
momento de inércia em torno do diâmetro da esfera 62
móvel de referência 42
movimento bidimensional parabólico 65
movimento em fase 42
Hertz 32
histerese elástica
18
18
I
imprecisão máxima da medida do alcance 12, 59
impulsão 65
incerteza 12
incerteza da medida do alcance 59
influência da densidade no valor do empuxo 52
J
Joule (J)
39
L
lançamento de um projétil 11
lei das massas e das substâncias pendulares 33
lei de Hooke 43
lei do isocronismo para pequenas oscilações do pên 32
lei dos comprimentos do pêndulo simples 33
limite de elasticidade do corpo 17
4
Física Experimental - Mecânica - Conjunto Arete - EQ005.
unidade da densidade (massa específica) no SI 51
unidade da densidade (ou massa específica) 53
unidade da frequência no SI 32
unidade do período no SI 32
N
nível de referência
13
O
oscilador massa e mola 45
V
Autor: Luiz Antonio Macedo Ramos - Direitos Autorais Reservados.
P
perda de peso aparente de um corpo imerso 54
período 32
período do MHS 44
período do oscilador massa e mola 46
período do pêndulo simples 32
peso aparente do corpo dentro do líquido 48
peso específico 51, 53
ponto médio da trajetória 44
posição de equilíbrio 27, 43
pressão 56
princípio da conservação da energia 44
princípio da conservação da energia mecânica 41, 62
princípio da impenetrabilidade da matéria 47, 50
princípio de Arquimedes 49, 50
processo dinâmico para a determinação de K 43
projétil 12
pulsação 44
vantagem mecânica da roldana fixa 19
vantagem mecânica da roldana móvel 21
vantagem mecânica da talha exponencial 24
vantagem mecânica dinâmica 20, 22
vantagem mecânica do cadernal paralelo 25, 26
vantagem mecânica estática ideal 20, 22
vantagem mecânica estática real 20, 22
velocidade angular 62
velocidade de lançamento horizontal 62
velocidade instantânea 42
velocidade linear 62
Q
quantidade de movimento 67
quantidade de movimento linear 65
quantidade de movimento numa colisão frontal 68
quantidade de movimento numa colisão lateral 70
queda livre 11, 65
queda real 11
R
raio de giração (raio de inércia) 11
raio de inércia 11
roldana 19, 21
roldana fixa 19
roldana fixa é uma máquina simples 19
roldana móvel 21
roldana móvel é uma máquina simples 22
S
sólidos transmitem a força externa aplicada 55
stress 17, 18
T
talha exponencial 23
técnica da contagem regressiva compassada 30
tempo médio de reação 30
terceira lei de Newton 35
torque (conjugado, ou momento) 27
trabalho e a energia mecânica 39
trabalho realizado pelo agente externo 39
trabalho realizado por uma força constante 39, 44
trabalho realizado por uma força variável 40, 44
trabalho realizado sobre um sistema 40
transformações energéticas 62
trocas de energia num corpo que oscila numa mola 39
U
unidade da constante de elasticidade no SI
35
5