domingo, 18 de janeiro de 2015

Roteiro Lançamento Horizontal

RESUMO TEÓRICO
Quando um corpo é lançado horizontalmente de um ponto situado a certa altura, acima do solo, ele descreve um arco de parábola até atingir o solo.

Esse movimento se executa em duas dimensões:
- na horizontal: movimento retilíneo uniforme, com vx = v0
- na vertical: movimento retilíneo uniformemente variado (queda livre) com v0y = 0

Durante o movimento do corpo, a velocidade horizontal de lançamento permanece constante; mas à medida que cai, o corpo vai adquirindo uma velocidade vertical cada vez maior.

Equações:
- Movimento horizontal: Δx = vx.t ou Δx = v0.t
- Movimento vertical:
          vy = gt
          h=gt2/2
          vy2=2gΔh

CONTEÚDOS 
- Lançamento horizontal
- Movimento horizontal e movimento vertical
- Alcance
- Velocidade inicial
- Velocidade final
- Tempo

OBJETIVOS 
- Estudar o lançamento horizontal de um corpo;
- Observar as características do lançamento horizontal;
- Compreender a existência de um movimento da vertical e outro na horizontal;
- Interpretar gráficos que envolvam posição, velocidade, aceleração e tempo;
- Determinar as equações horárias do movimento;
- Verificar se os resultados obtidos reproduzem o que é anunciado teoricamente.

CONHECIMENTOS PRÉVIOS 
- Conceito de movimento
- Posição (vertical e horizontal)
- Tempo
- Distância percorrida
- Deslocamento
- Alcance
- Velocidade (vertical e horizontal)
- Aceleração

MATERIAIS NECESSÁRIOS 
- Câmera de vídeo
- Tripé para fixar a câmera
- Filmagem de uma situação que apresente Lançamento Horizontal.
      Sugestões:
      • Bola caindo de uma mesa
      • Mergulho em uma piscina
      • Objeto caindo através de uma calha
      • Caída através de um escorregador na piscina
      • Descida gangorra
- Computador
- Software Tracker

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL/CAPTURA DE IMAGENS 
1. Para a captura das imagens deve-se escolher um local iluminado.
2. Posicionar a câmera em um tripé (a câmera precisa ficar fixa) e o mais paralela possível ao movimento.
3. Colocar no espaço que será captado pela câmera um objeto com dimensões conhecidas para ter-se um padrão de medida. Esse item não deve ser esquecido.
4. Realizar a filmagem do movimento.
5. Verificar se a filmagem ficou satisfatória. Se não, realizá-la novamente.
6. Transferir a filmagem para o computador.
7. Verificar a extensão do arquivo. Se não for de extensão compatível com o Tracker (mov, avi, flv, mp4, wmv), fazer a conversão utilizando, por exemplo, o Windows Movie Maker ou um conversor on-line (ver Guia resumido).
8. Fazer cortes na filmagem, caso sejam necessários. Para isso pode ser utilizado o Windows Movie Maker ou outro software similar.

OBTENÇÃO DE DADOS PARA ANÁLISE 
1. Abra o software Tracker.
2. Abra o vídeo que será analisado.
3. Selecione a parte do vídeo que será analisada.
 4. Faça a calibração da escala.
 5. Insira o eixo das coordenadas.
 6. Defina a trajetória. Obs.: Procurar marcar os pontos sempre no centro do objeto.
7. Defina as grandezas desejadas [(y, t), (vy, y), (a, t), ...) na Janela de Gráficos.
 8. Defina as grandezas desejadas (t, y, vy, a, x, vx) na Janela de Dados.
9. Salve a atividade desenvolvida.

INTERPRETAÇÃO DOS DADOS OBTIDOS 

1. JANELA DE GRÁFICOS 

Gráfico das posições verticais (y, t) 
- Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico (y, t), na Janela de Gráficos e escolha a opção “Analisar”.
 - Na janela que abre, vá em “Analyse” e marque a opção “Curve Fits”. Observe que na parte inferior da janela aparecem alguns ícones que antes não apareciam. Neles marque a opção “Autofit”. Em “Fit name” selecione “parábola”.
- O gráfico apresenta uma reta ou um arco de parábola?
 - Que tipo de movimento está representado?
- Levando em consideração a porcentagem de erro, o gráfico da posição vertical versus tempo reproduz o que é esperado teoricamente? Discuta.

Gráfico das posições horizontais (x, t) 
- Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico (x, t), na Janela de Gráficos e escolha a opção “Analisar”.
 - Na janela que abre, vá em “Analyse” e marque a opção “Curve Fits”. Observe que na parte inferior da janela aparecem alguns ícones que antes não apareciam. Neles marque a opção “Autofit”. Em “Fit name” selecione “Line”.
- O gráfico apresenta uma reta ou um arco de parábola?
- Que tipo de movimento está representado?
- Levando em consideração a porcentagem de erro, o gráfico da posição horizontal versus tempo reproduz o que é esperado teoricamente? Discuta.

Gráfico da velocidade vertical (vy, t) 
- Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico (vy, t), na Janela de Gráficos e escolha a opção “Analisar”.
- Na janela que abre, vá em “Analyse” e marque a opção “Curve Fits”. Observe que na parte inferior da janela aparecem alguns ícones que antes não apareciam. Neles marque a opção “Autofit”. Em “Fit name” selecione “Line”.
- O gráfico apresenta uma reta ou um arco de parábola?
- Que tipo de movimento está representado?
- Levando em consideração a porcentagem de erro, o gráfico da velocidade vertical versus tempo reproduz o que é esperado teoricamente? Discuta.

Gráfico da velocidade horizontal (vx, t) 
- Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico (vx, t), na Janela de Gráficos e escolha a opção “Analisar”.
- Na janela que abre, vá em “Analyse” e marque a opção “Curve Fits”. Observe que na parte inferior da janela aparecem alguns ícones que antes não apareciam. Neles marque a opção “Autofit”. Em “Fit name” selecione “Line”.
- O gráfico apresenta uma reta ou um arco de parábola?
- Que tipo de movimento está representado?
- Levando em consideração a porcentagem de erro, o gráfico da velocidade horizontal versus tempo reproduz o que é esperado teoricamente? Discuta.

Gráfico da aceleração (ay, t) 
- Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico (ay, t), na Janela de Gráficos e escolha a opção “Analisar”.
- Na janela que abre clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico e escolha a opção “Snapshot”. Aparecerá uma janela onde apenas o gráfico será apresentado.
- O gráfico apresenta uma reta ou um arco de parábola?
- Que tipo de movimento está representado?
- Levando em consideração a porcentagem de erro, o gráfico da aceleração versus tempo reproduz o que é esperado teoricamente? Discuta.


2. JANELA DE DADOS 

***Analisando o tempo
a) Qual é o valor do instante inicial t1 mostrado na tabela?
b) Qual é o valor do instante t2?
c) Qual é o valor do instante t3?
d) Qual é o valor do instante t4?
e) Qual é o valor do instante t5?
f) Qual é o valor do instante t6?
g) Qual o intervalo de tempo existente entre t1 e t2?
h) Qual o intervalo de tempo existente entre t2 e t3?
i) Qual o intervalo de tempo existente entre t3 e t4?
j) Qual o intervalo de tempo existente entre t4 e t5?
k) Qual o intervalo de tempo existente entre t5 e t6?
l) Entre os demais instantes esse intervalo varia ou permanece o mesmo? Leve em consideração a porcentagem de erro.
m) Quanto tempo (aproximadamente) o objeto levou para chegar ao solo?

***Analisando a posição vertical 
a) Para o instante inicial t1 qual a posição y1 do objeto?
b) Para o instante t2 qual a posição y2 do objeto?
c) Para o instante t3 qual a posição y3 do objeto?
d) Para o instante t4 qual a posição y4 do objeto?
e) Para o instante t5 qual a posição y5 do objeto?
f) Para o instante t6 qual a posição y6 do objeto?
g) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y2 e a posição y1?
h) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y3 e a posição y2?
i) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y4 e a posição y3?
j) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y5 e a posição y4?
k) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição y6 e a posição y5?
l) Entre as demais posições essa variação permanece ou sofre alteração? Leve em consideração a porcentagem de erro.
m) Levando em consideração a porcentagem de erro, esses dados reproduzem o que é anunciado teoricamente dentro do estudo do Lançamento Horizontal? Discuta.
n) Determine de que altura caiu o objeto.

***Analisando a posição horizontal 
a) Para o instante inicial t1 qual a posição x1 do objeto?
b) Para o instante t2 qual a posição x2 do objeto?
c) Para o instante t3 qual a posição x3 do objeto?
d) Para o instante t4 qual a posição x4 do objeto?
e) Para o instante t5 qual a posição x5 do objeto?
f) Para o instante t6 qual a posição x6 do objeto?
g) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição xe a posição x1?
h) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição xe a posição x2?
i) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição xe a posição x3?
j) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição xe a posição x4?
k) Qual a diferença de valor (variação de posição) existente entre a posição xe a posição x5?
l) Entre as demais posições essa variação permanece ou sofre alteração? Leve em consideração a porcentagem de erro.
m) Levando em consideração a porcentagem de erro, esses dados reproduzem o que é anunciado teoricamente dentro do estudo do Lançamento Horizontal? Discuta.
n) Determine o alcance atingido pelo objeto.

***Analisando a velocidade horizontal 
Apenas observando os dados mostrados na coluna da velocidade horizontal, pode-se considerar que o movimento é uniforme ou variado? 

a) Para o instante tqual a velocidade vx1 do objeto?
b) Para o instante tqual a velocidade vx2 do objeto?
c) Para o instante t3 qual a velocidade vx3 do objeto?
d) Para o instante t4 qual a velocidade vx4 do objeto?
e) Para o instante t5 qual a velocidade vx5 do objeto?
f) Para o instante t6 qual a velocidade vx6 do objeto?
g) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vx2 e a velocidade vx1?
h) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vx3 e a velocidade vx2?
i) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vx4 e a velocidade vx3?
j) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vx5 e a velocidade vx4?
k) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vx6 e a velocidade vx5?
l) Entre as demais velocidades essa variação permanece ou sofre alteração? Leve em consideração a porcentagem de erro.
m) Levando em consideração a porcentagem de erro, esses dados reproduzem o que é anunciado teoricamente dentro do estudo do Lançamento Horizontal para a velocidade horizontal? Discuta.
n) Qual a velocidade inicial do objeto?

***Analisando a velocidade vertical 
Apenas observando os dados mostrados na coluna da velocidade vertical, pode-se considerar que o movimento é uniforme ou variado? 

a) Para o instante t1 qual a velocidade vy1 do objeto?
b) Para o instante t2 qual a velocidade vy2 do objeto?
c) Para o instante t3 qual a velocidade vy3 do objeto?
d) Para o instante t4 qual a velocidade vy4 do objeto?
e) Para o instante t5 qual a velocidade vy5 do objeto?
f) Para o instante t6 qual a velocidade vy6 do objeto?
g) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vy2 e a velocidade vy1?
h) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vy3 e a velocidade vy2?
i) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vy4 e a velocidade vy3?
j) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vy5 e a velocidade vy4?
k) Qual a diferença de valor (variação de velocidade) existente entre a velocidade vy6 e a velocidade vy5?
l) Entre as demais velocidades essa variação permanece ou sofre alteração? Leve em consideração a porcentagem de erro.
m) Levando em consideração a porcentagem de erro, esses dados reproduzem o que é anunciado teoricamente dentro do estudo do Lançamento Horizontal para a velocidade vertical? Discuta.
n) Qual a velocidade final do objeto?

***Analisando a aceleração 
a) Para o instante inicial tqual a aceleração a1 do objeto?
b) Para o instante t2 qual a aceleração a2 do objeto?
c) Para o instante t3 qual a aceleração a3 do objeto?
d) Para o instante t4 qual a aceleração a4 do objeto?
e) Para o instante t5 qual a aceleração a5 do objeto?
f) Para o instante t6 qual a aceleração a6 do objeto?
g) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a2 e a aceleração a1?
h) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a3 e a aceleração a2?
i) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a4 e a aceleração a3?
j) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a5 e a aceleração a4?
k) Qual a diferença de valor (variação da aceleração) existente entre a aceleração a6 e a aceleração a5?
l) Entre as demais acelerações essa variação permanece ou sofre alteração? Leve em consideração a porcentagem de erro.
m) Levando em consideração a porcentagem de erro, esses dados reproduzem o que é anunciado teoricamente dentro do estudo do Lançamento Horizontal? Discuta.
n) Determine a aceleração da gravidade média do movimento.


Após observação e análise dos dados fornecidos pelo programa vamos testar os dados obtidos com as equações utilizadas para o Lançamento Horizontal no vácuo. Para isso escolha três instantes diferentes e aplique na equações.

• Altura percorrida pelo objeto: h=gt2/2. Os valores obtidos na equação conferem com os valores obtidos na análise da posição vertical?

• Alcance: Δx = v0.t. Os valores obtidos na equação conferem com os valores obtidos na análise da posição horizontal?

• Velocidade final:  vy = gt ou  vy2=2gΔh


  • Levando em consideração a porcentagem de erro, os dados obtidos podem ser considerados corretos?





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