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Universidade de Brasília Instituto de Física Disciplina: Física experimental 2 Turma 10 Data de realização: 23/04/ Grupo 08 Participantes: Adriano Campos - 202061421 Lucca Lage - 221032988 Victhor Alexis – 190038896
Relatório do experimento 3
(Giroscópio)
1. Objetivos:
O experimento trata de uma oportunidade prática de explorar e compreender os princípios físicos por trás do funcionamento de um giroscópio. Ao interagir com esse objeto, seremos incentivados a investigar suas reações, movimentos e interações de forças, tanto qualitativamente quanto quantitativamente. Essa abordagem visa não apenas o enriquecimento da
compreensão teórica da física, mas também estimular o pensamento crítico e a aplicação prática dos conceitos aprendidos.
2. Introdução :
O giroscópio é um dispositivo mecânico que demonstra propriedades intrigantes da física, especialmente relacionadas ao momento angular e à sua conservação. O giroscópio consiste em um disco ou rotor montado em um eixo que pode girar livremente em qualquer direção. Quando o giroscópio é submetido a uma força externa e seu disco estiver girando, é observado no sistema um fenômeno chamado de precessão, que descreve o movimento de rotação do eixo do disco em torno de um eixo perpendicular à força torque. Esta propriedade única do giroscópio é fundamental em várias aplicações, desde navegação até estabilização de objetos em veículos e aeronaves. A compreensão do comportamento do giroscópio não apenas ilustra princípios fundamentais da física, como também tem implicações práticas significativas em uma variedade de campos tecnológicos e científicos. O movimento de precessão é explicado pela relação:
3. Material :
- Giroscópio PASCO modelo ME-8960;
- Dois Discos de rotação;
- Dois contrapesos de 900g;
- Um contrapeso de 30g;
- Uma massa de adicional de 150g;
- Um motor elétrico para aceleração do disco;
- Um temporizador, ou um contador para medida do período;
- Um cronômetro digital;
- Um conjunto de nove setas indicativas das grandezas vetoriais;
Imagem 2 Colocando a massa com peso ( mg ) na extremidade oposta da haste, observou-se que o vetor torque apresentou o sentido oposto ao da imagem 2. Por fim, ao aplicarmos uma força para girar a haste em sentido horário ou anti- horário, observaremos o torque ter o mesmo sentido que a foça normal ( N ). No entanto, sua direção dependerá do sentido de rotação da haste. A Imagem 3 demonstra a direção destes vetores, onde Tah representa o torque quando a haste gira em sentido anti-horário e Th o torque quando a haste gira em sentido horário Imagem 3
Posterior à análise com o disco parado, iniciamos a análise do sistema e de suas forças atuantes considerando agora a influência do momento angular ( L ) resultante da rotação do disco.
5. Dados Experimentais
5.1. Análise qualitativa
Seguindo os passos do procedimento experimental para a parte qualitativa, obtivemos as seguintes tabelas: Tabela 1 Giro do disco no sentido anti-horário Força aplicada na extremidade (1) Direção e sentido do torque aplicado Direção e sentido da reação da extremidade (12) Direção de movimento da extremidade do vetor momento angular +x Vertical baixo Vertical cima Vertical cima
- x Vertical cima Vertical baixo Vertical baixo +z Horizontal horário Horizontal anti- horário Horizontal anti- horário - z Horizontal anti- horário Horizontal horário Horizontal horário Gire o suporte central no sentido horário (visto de cima) Vertical baixo Tangencial anti- horário Tangencial anti- horário Gire o suporte central no sentido anti-horário (visto de cima) Vertical cima Tangencial horário Tangencial horário Tabela 2 Giro do disco no sentido horário Força aplicada na extremidade (1) Direção e sentido do torque aplicado Direção e sentido da reação da extremidade (12) Direção de movimento da extremidade do vetor momento angular
Imagem 4 Com a técnica de regressão linear, aplicada com o uso da ferramenta SciDAVis, obtemos a seguinte inclinação para o gráfico da imagem 4: Imagem 5 Usando os dados da tabela 4, foi construído um gráfico do inverso da multiplicação do período de precessão e do período de rotação do disco em função da massa afixada em uma das extremidades da haste. O período de rotação do disco usado para a construção do gráfico foi de: 0.038 s ± 0,0001s
Imagem 6 Usando a técnica de regressão linear aplicada a este gráfico somos capazes de chegar ao valor aproximado do momento de inércia. imagem 7 Sabendo que a densidade o disco varia entre 1.30 - 1.45 g/cm³ e que o momento de inércia de inércia é dada pela equação I = (MR²) /2, sendo M a massa do disco e R o seu raio (valor presente na tabela 1), foi obtido o valor do momento de inércia do disco. Momento de inércia fórmula : 0.0314 kg.m²
7. Conclusão:
Através deste experimento, pudemos explorar os fascinantes fenômenos físicos associados ao giroscópio e sua dinâmica de rotação. Observamos que, ao aplicar uma força externa, o giroscópio reage de maneira a manter sua orientação no espaço, demonstrando a conservação do momento angular.
