FQA10_ AL1.1_Movimento num plano inclinado

ATividade Laboratorial 1.1

Movimento num plano inclinado: Variação da energia cinética e distância percorrida

Questão - problema:

Um veículo, inicialmente no cimo de uma rampa, é destravado acidentalmente e começa a descer a rampa. Como se relaciona a variação de energia cinética do centro de massa do veículo com a distância percorrida sobre a rampa?

Objetivo geral

• Estabelecer a relação entre variação de energia cinética e distância percorrida num plano inclinado e utilizar processos de medição e de tratamento estatístico de dados.

Aprendizagem Essencial:

Estabelecer, experimentalmente, a relação entre a variação de energia cinética e a distância percorrida por um corpo, sujeito a um sistema de forças de resultante constante, usando processos de medição e de tratamento estatístico de dados e comunicando os resultados.

Metas

• Identificar medições diretas e indiretas.
• Efetuar medições diretas usando balanças, escalas métricas e cronómetros digitais.
• Indicar valores de medições diretas para uma única medição (massa, comprimento) e para um conjunto de medições efetuadas nas mesmas condições (intervalos de tempo).
• Determinar o desvio percentual (incerteza relativa em percentagem) associado à medição de um intervalo de tempo.
• Medir velocidades e energias cinéticas.
• Construir o gráfico da variação da energia cinética em função da distância percorrida sobre uma rampa e concluir que a variação da energia cinética é tanto maior quanto maior for a distância percorrida.

preparação da ATividade Laboratorial

Manual pág. 56

Responde às questões pré laboratoriais:

1. Um carrinho, redutível a uma partícula, é largado do cimo de uma rampa. Como varia a velocidade durante a descida? E a energia cinética?

4. Que grandezas devem ser medidas para determinar a energia cinética do carrinho?

2. Represente e identifique as forças que atuam sobre o carrinho.

5. Classifique as grandezas referidas na questão 4 em diretas ou indiretas.

3. Onde é que o carrinho atingirá maior velocidade: quando vai a meio da rampa ou na sua base? E onde terá maior energia cinética?

6. Como se pode determinar experimentalmente o valor da velocidade do carrinho no instante em que atravessa a célula fotoelétrica?

Visualiza os vídeos

https://youtu.be/XfAFarDUCNM

https://youtu.be/nbuDDaHxAq8

Rumo ao laboratório

Refletir e construir o procedimento experimental…

execução da ATividade Laboratorial

Manual pág. 57

Materiais

• Plano inclinado;
• Unidade portátil TI-Nspire;
• Lab Cradle;

• Régua ou craveira;
• Célula fotoelétrica (Photogate);
• Carrinho (de atrito reduzido) com tira opaca estreita;

• Suportes;
• Garras;
• Transferidor;
• Balança.

esquema de montagem

procedimento experimental

1. Identificar e registar as características de todos os instrumentos de medição e as respetivas incertezas de leitura, no tabela 1.
2. Medir a massa do carrinho e registar o valor no tabela 2.
3. Efetuar a montagem do plano inclinado, registando a sua inclinação, ou seja, o valor do ângulo que o plano faz com a horizontal, no quadro 2.
4. Colocar a célula fotoelétrica no plano inclinado de modo que a tira opaca a intercete durante a passagem.
5. Colocar a unidade portátil no Lab Cradle e ligar a célula a um dos canais digitais do Lab Cradle.
6. No écran escolher o ícone
7. Para iniciar pressionar a seta verde e largar o carrinho do topo do plano inclinado de modo a percorrer 80 cm (garantir que parte do repouso). Os valores de tempo e velocidade surgem de imediato numa tabela.
8. Copiar os dados que constam em B2U (tempo em que a célula esteve bloqueada) para o tabela 2.
9. Repetir o ensaio 3 vezes.
10. Registar a distância (d) percorrida pelo carrinho (entre a posição inicial e a posição da célula fotoelétrica).
11. Repetir o procedimento para mais quatro distâncias percorridas diferentes. (70 cm, 60 cm; 50 cm; 40 cm e 30 cm)

cuidados a ter

• Não esquecer de determinar a massa do carrinho.
• A célula deve ser colocada perpendicularmente à tira opaca porque para o cálculo da velocidade usa-se a medida do comprimento da tira. Não ficando a célula perpendicular à tira, a distância percorrida pela tira, entre o corte e a reposição do feixe de luz, é ligeiramente maior do que o comprimento da tira opaca.
• Garantir que o carrinho parte do repouso.
• Largar três vezes o carrinho da mesma posição.

Registo e tratamento de resultados

Manual pág. 58

Registo de Resultados

Registo e tratamento de resultados

Tabela 2 - Registo e tratamento de resultados

Análise e discussão

1. Determine a incerteza relativa, em percentagem, associada ao valor mais provável dos intervalos de tempo para cada posição.
2. Calcule os valores da velocidade do carrinho, ao atravessar a célula fotoelétrica, e da energia cinética do carrinho em cada posição.
3. Utilizando a calculadora gráfica ou uma folha de cálculo ou ainda uma folha de papel milimétrico, trace o gráfico da variação da energia cinética do carrinho em função da distância percorrida na rampa e determine a equação da reta ou o declive da reta que melhor se ajusta ao conjunto de pontos experimentais.
4. Deduza a expressão que permite determinar teoricamente o declive da reta que se obtém ao traçar o gráfico da variação da energia cinética do carrinho em função da distância percorrida.
5. Compare o declive da reta obtida (experimentalmente) com o valor previsto teoricamente, determinando o erro relativo em percentagem.
6. Pela análise do gráfico, qual a relação entre a variação da energia cinética de translação do carrinho e a distância percorrida ao longo do plano inclinado?
7. Tire conclusões sobre o gráfico obtido se usasse um carrinho igual, mas descendo um plano com maior inclinação.
8. Tire conclusões sobre o gráfico obtido se usasse a mesma inclinação, mas um carrinho de massa maior

Turno 1

Grupo 2

Grupo 3

Grupo 4

Grupo 1

Turno 2

Grupo 2

Grupo 3

Grupo 4

Grupo 1

Turno 2

Turno 1

VS

MATRIZ PARA AUTO-AVALIAÇÃO

Resolverquestões pós laboratoriais

Manual pág. 58