Física Estática e Cinemática Atividade Prática de Aprendizagem

Física Estática e cinemática ELIAS RODRIGUES OBJETIVO Objetivos da Prática de Equilíbrio de Corpos Compreender os Princípios do Equilíbrio Aprender a identificar e aplicar as condições de equilíbrio estático em corpos rígidos garantindo que a soma das forças e dos momentos seja zero Aplicação Prática Desenvolver habilidades para analisar situações reais onde o equilíbrio é essencial como em estruturas de engenharia e sistemas mecânicos Desenvolvimento de Habilidades Analíticas Melhorar a capacidade de resolver problemas complexos envolvendo forças e momentos utilizando conceitos de física e matemática Relevância no Cotidiano Entender a importância do equilíbrio em atividades diárias e na segurança de construções e dispositivos Preparação para Estudos Avançados Fornecer uma base sólida para disciplinas futuras que envolvem dinâmica e análise estrutural Esses objetivos são fundamentais para entender a necessidade de aprender sobre o equilíbrio de corpos destacando sua aplicação prática e teórica Figura 1 MODELO DE EQUILIBRIO DE CORPO Prática 1 Equilíbrio de corpos METODOLOGIA Apresente a metodologia da prática em comum acordo ao descrito no item O QUE PRECISO FAZER NESSA ATIVIDADE PRÁTICA Para organizar seu relatório coloque cada passo desde a apresentação do simulador com o link do site com cada questão e perguntas Prática 1 Equilíbrio de corpos RESULTADOS E DISCUSSÃO Nos itens que envolvem equações desenvolva o resultado passo a passo do início da equação até o resultado Respostas sem desenvolvimento matemático apenas com o valor final não serão consideradas No item 8 em que é pedido para calcular a massa de A o item 9 para calcular a massa de B e a letra c do item 10 obrigatoriamente devem conter o print da tela junto a resolução Lembrese que você deve resolver os seguintes problemas matemáticos Calcular a massa do corpo A Calcular a massa do corpo B Determinar o valor da soma das massas conhecidas e a massa de C bem como verificar através do equilíbrio com uma outra massa Prática 1 Equilíbrio de corpos CONCLUSÕES Apresente aqui suas conclusões no formato de tópicos Prática 1 Equilíbrio de corpos OBJETIVO Apresente aqui os objetivos da prática em comum acordo ao descrito no item Porque Aprender isso Não é obrigatório apresentar imagens junto aos objetos Contudo caso queira enriquecer seu relatório fique a vontade Figura Lembrese de enumerar as figuras e colocar um título em cada uma delas Prática 2 Força de Atrito METODOLOGIA Apresente a metodologia da prática em comum acordo ao descrito no item O QUE PRECISO FAZER NESSA ATIVIDADE PRÁTICA Para organizar seu relatório coloque cada passo desde a apresentação do simulador com o link do site com cada questão e perguntas Prática 2 Força de Atrito RESULTADOS E DISCUSSÃO Nos itens que envolvem equações desenvolva o resultado passo a passo do início da equação até o resultado Respostas sem desenvolvimento matemático apenas com o valor final não serão consideradas Nessa prática não é obrigatório inserir print da tela do simulador em nenhuma etapa Lembrese você deve fazer Calcular a aceleração Determinar o coeficiente de atrito estático e cinético Igualando a força de destaque com a força de atrito determinar a massa do presente Prática 2 Força de Atrito CONCLUSÕES Apresente aqui suas conclusões no formato de tópicos Prática 2 Força de Atrito OBJETIVO Apresente aqui os objetivos da prática em comum acordo ao descrito no item Porque Aprender isso Não é obrigatório apresentar imagens junto aos objetos Contudo caso queira enriquecer seu relatório fique a vontade Figura Lembrese de enumerar as figuras e colocar um título em cada uma delas Prática 3 Energia cinética e potencial gravitacional METODOLOGIA Apresente a metodologia da prática em comum acordo ao descrito no item O QUE PRECISO FAZER NESSA ATIVIDADE PRÁTICA Para organizar seu relatório coloque cada passo desde a apresentação do simulador com o link do site com cada questão e perguntas Prática 3 Energia cinética e potencial gravitacional RESULTADOS E DISCUSSÃO Nos itens que envolvem equações desenvolva o resultado passo a passo do início da equação até o resultado Respostas sem desenvolvimento matemático apenas com o valor final não serão consideradas É obrigatório a inclusão do print da tela com o skatista na posição inicial no item 3 Lembrese você deve fazer Calcular a velocidade no ponto mais baixo da trajetória Determinar a velocidade do skatista a uma altura de dois metros Dada a massa hipotética e a altura de referência calcular a velocidade no ponto mais baixo da trajetória Prática 3 Energia cinética e potencial gravitacional CONCLUSÕES Apresente aqui suas conclusões no formato de tópicos Prática 3 Energia cinética e potencial gravitacional Relatorio de Fısica Plano Inclinado com Atrito October 29 2024 1 Introducao Este relatorio apresenta a discussao teorica sobre o conceito de atrito e como ele sera investigado em um plano inclinado O atrito e a forca que se opoe ao movimento relativo entre duas superfıcies em contato Existem dois tipos principais Atrito Estatico Impede o inıcio do movimento Atrito Cinetico Ocorre quando o corpo esta em movimento Nesta pratica utilizaremos um bloco colocado sobre um plano inclinado com atrito O ˆangulo do plano sera variavel para explorar diferentes condicoes e calcular a aceleracao os coeficientes de atrito estatico e cinetico e a massa do bloco ao aplicar uma forca externa 2 Pergunta 1 Expressao para a Aceleracao Conhecendo a massa do bloco m o ˆangulo do plano θ e os coeficientes de atrito cinetico µk e estatico µs podemos encontrar a aceleracao ao longo do plano 21 Forcas Atuantes no Bloco Forca gravitacional Fg m g Componente paralela ao plano F m g sin θ Componente normal ao plano F m g cos θ 1 Forca de atrito cinetico Ff µk F A forca resultante ao longo do plano e Fres F Ff 1 Substituindo as expressoes Fres m g sin θ µk m g cos θ 2 A partir da segunda lei de Newton F m a m a m g sin θ µk m g cos θ 3 Dividindo por m a g sin θ µk cos θ 4 3 Pergunta 2 Determinacao dos Coeficientes de Atrito 31 Calculo do Coeficiente de Atrito Cinetico Conhecendo a aceleracao a obtida anteriormente podemos isolar µk a g sin θ µk cos θ 5 Isolando µk µk g sin θ a g cos θ 6 32 Calculo do Coeficiente de Atrito Estatico O coeficiente de atrito estatico µs representa a resistˆencia ao inıcio do movi mento entre duas superfıcies Para determinar esse coeficiente precisamos encontrar o ˆangulo crıtico θmax que e o maior ˆangulo para o qual o bloco ainda permanece em repouso 321 Condicoes no Limite do Movimento No momento em que o bloco esta prestes a se mover a forca de atrito estatico alcanca seu valor maximo F max f µs F 7 Onde F max f e a forca de atrito estatico maxima F m g cos θmax e a componente normal da forca gravitacional 2 322 Forca Paralela ao Plano no Limite Quando o bloco esta prestes a se mover a componente paralela da forca gravitacional se iguala a forca de atrito estatico maxima m g sin θmax µs m g cos θmax 8 323 Derivacao da Expressao para µs Dividimos ambos os lados da equacao acima por m g sin θmax µs cos θmax 9 Isolando µs µs sin θmax cos θmax 10 Sabemos que sin θ cos θ tan θ entao µs tan θmax 11 324 Interpretacao Fısica Portanto o coeficiente de atrito estatico µs pode ser determinado diretamente pelo valor da tangente do ˆangulo crıtico θmax Esse e o maior ˆangulo para o qual o bloco ainda permanece em repouso e alem desse ponto o bloco entrara em movimento 325 Variacao do ˆAngulo Ao variar o ˆangulo do plano inclinado podemos encontrar diferentes valores de θmax para diferentes superfıcies e condicoes Assim a expressao obtida e uma forma pratica e eficiente de medir o coeficiente de atrito estatico para diferentes configuracoes experimentais 4 Pergunta 3 Determinacao da Massa do Bloco com Forca Externa Agora aplicamos uma forca conhecida Faplicada para cima ao longo do plano inclinado As forcas envolvidas sao Forca gravitacional paralela F m g sin θ Forca de atrito cinetico Ff µk m g cos θ 3 A forca resultante e Fres Faplicada F Ff 12 Aplicando a segunda lei de Newton Faplicada m g sin θ µk m g cos θ m a 13 Isolando m m Faplicada g sin θ µk cos θ a 14 5 Conclusao Neste relatorio exploramos o conceito de atrito e suas aplicacoes em um plano inclinado Derivamos expressoes para a aceleracao os coeficientes de atrito cinetico e estatico e a massa do bloco sob uma forca externa As equacoes desenvolvidas mostram a importˆancia dos ˆangulos e coeficientes de atrito na determinacao do movimento do corpo Esta pratica fornece uma base solida para entender como forcas atuam em sistemas com atrito e como essas forcas podem ser calculadas para prever o comportamento do sistema 4 Relatorio de Fısica Energia Cinetica e Potencial Gravitacional October 29 2024 1 Introducao Neste experimento analisamos a energia cinetica e a energia potencial grav itacional de um skatista em diferentes pontos de uma trajetoria A trajetoria foi considerada em formato de uma rampa cˆoncava onde o ponto mais alto corresponde ao inıcio e o ponto mais baixo esta no meio da trajetoria Apli camos o princıpio de conservacao da energia para calcular as velocidades em diferentes posicoes e a relacao entre massa altura e velocidade ao longo do movimento 2 Descricao da Trajetoria O skatista comeca no ponto mais alto da rampa com altura h0 5 m Ele desce ate o ponto mais baixo da trajetoria considerado como a altura zero h 0 m Em seguida ele sobe ate uma altura intermediaria de 2 metros h 2 m Usaremos esses pontos para calcular a velocidade do skatista e verificar a conservacao da energia mecˆanica 3 Pergunta 1 Calculo da Velocidade no Ponto Mais Baixo No ponto mais baixo da trajetoria toda a energia potencial gravitacional e convertida em energia cinetica A energia total do sistema e dada por Etotal Epotencial Ecinetica 1 1 Relatório de Física Prática de Equilíbrio de Corpos October 29 2024 1 Introdução Neste relatório são analisados os tipos de equilíbrio e as condições para que não seja necessária a adição de novas massas no sistema Além disso para a terceira questão criamos um eixo cartesiano com origem no ponto de apoio considerando a relação entre a posição de uma nova massa e seu valor Também mencionamos como a força normal atua no ponto de apoio 2 Tipos de Equilíbrio Os tipos de equilíbrio possíveis em um sistema de alavanca são Equilíbrio Estável Quando o sistema ao sofrer uma perturbação tende a retornar à posição inicial Equilíbrio Instável Quando qualquer pequena perturbação faz o sistema sair completamente do equilíbrio Equilíbrio Indiferente O sistema permanece em equilíbrio em qualquer posição em que seja colocado após uma perturbação 3 Pergunta 1 Condições para Evitar Adição de Nova Massa Extremidade A Para evitar a adição de uma nova massa o sistema deve satisfazer a seguinte condição de equilíbrio MP FA d1 FB d2 0 1 19 Inicialmente o skatista possui apenas energia potencial Epotencial m g h0 2 No ponto mais baixo h 0 toda essa energia é convertida em energia cinética Ecinética 12 m v² 3 Igualando as duas expressões m g h0 12 m v² 4 Cancelando a massa m dos dois lados e isolando v v 2 g h0 5 Substituindo g 98 ms² e h0 5 m v 2 98 5 98 99 ms 6 Portanto a velocidade do skatista no ponto mais baixo da trajetória é aproximadamente 99 ms 4 Pergunta 2 Velocidade a uma Altura de 2 Metros Quando o skatista sobe a uma altura de 2 metros parte de sua energia cinética é convertida de volta em energia potencial A energia total é conservada Etotal m g h2 12 m v² 7 Onde h2 2 m Igualando com a energia inicial m g h0 m g h2 12 m v² 8 Cancelando a massa m e isolando v v 2 g h0 h2 9 Substituindo h0 5 m e h2 2 m v 2 98 5 2 588 767 ms 10 Portanto a velocidade do skatista a uma altura de 2 metros é aproximadamente 767 ms 20 5 Pergunta 3 Cálculo da Massa Hipotética com Altura de Referência Agora considerando uma massa hipotética m 60 kg e uma altura de referência h0 5 m queremos calcular a velocidade no ponto mais baixo Utilizamos a mesma expressão v 2 g h0 11 Substituindo os valores v 2 98 5 98 99 ms 12 Portanto com a massa de 60 kg a velocidade no ponto mais baixo da trajetória é 99 ms 6 Conclusão Este relatório demonstrou como aplicar o princípio da conservação de energia para calcular a velocidade do skatista em diferentes pontos da trajetória Observamos que a energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética conforme o skatista se move A massa do skatista não influencia diretamente a velocidade já que ambas as energias são proporcionais à massa o que permite o cancelamento dessa variável nas expressões finais Onde FA mA g é a força na extremidade esquerda FB mB g é a força na extremidade direita d1 e d2 são as distâncias do ponto de apoio até cada extremidade Se a relação abaixo for satisfeita não será necessário adicionar uma nova massa mA d1 mB d2 mA mB d2 mB 4 Pergunta 2 Condições para Evitar Adição de Nova Massa Extremidade B Da mesma forma para a extremidade direita o equilíbrio é mantido se MP FB d2 FA d1 0 Assim a condição de equilíbrio é mA d1 mB d2 mB mB d2 mA Se essa igualdade for satisfeita o sistema permanecerá em equilíbrio sem a necessidade de uma nova massa 5 Pergunta 3 Eixo Cartesiano e Relação entre Posição e Massa Agora consideramos um eixo cartesiano com origem no ponto de apoio P Para a direita o eixo é positivo e para a esquerda é negativo Se adicionarmos uma nova massa mC em uma posição x ao longo do eixo o momento gerado por essa massa será MC mC g x A soma dos momentos para manter o equilíbrio é MP FA d1 FB d2 mC g x 0 Substituindo FA e FB por mA g e mB g temos mA g d1 mB g d2 mC g x 0 Podemos simplificar a expressão dividindo por g mA d1 mB d2 mC x 0 Isolando mC mC mA d1 mB d2 x 51 Análise do Valor da Massa mC em Função da Posição x Observamos que Se x aumenta a massa é colocada mais longe do ponto de apoio o valor de mC necessário para manter o equilíbrio diminui Se x diminui a massa é colocada mais próxima do ponto de apoio o valor de mC necessário aumenta 52 Força Normal no Ponto de Apoio Além das forças horizontais a força normal N atua verticalmente no ponto de apoio para equilibrar o peso total do sistema N mA mB mC g Essa força é essencial para garantir o equilíbrio vertical do sistema 6 Conclusão Neste relatório analisamos as condições para que o sistema de alavanca permaneça em equilíbrio sem a necessidade de adicionar novas massas nas extremidades Também desenvolvemos uma relação entre a posição de uma nova massa e seu valor utilizando um eixo cartesiano com origem no ponto de apoio Por fim mencionamos a importância da força normal para o equilíbrio vertical do sistema