11,3 FEX1001

Roteiro/Relatório · Experiência 5

Equilíbrio de corpos rígidos e elasticidade

Verificar experimentalmente o princípio da alavanca de Arquimedes: a que distância do pivô um contrapeso de massa M₁ precisa estar para equilibrar uma régua homogênea na horizontal.

A relação d = [(L−2x₁)/2]·M/(M₁+M) é hiperbólica em M₁. A página lineariza por inverso — y′ = 1/d̄ contra x′ = M₁ — e recupera a massa da régua da razão entre os coeficientes, M = b′/a′.

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Identificação

1 Observações [1,0]

2 Experimentos [1,0]

Com o suporte na posição x₁, equilibre a alavanca ajustando a distância d entre o contrapeso e o pivô. Acrescente 10,00 g por vez e repita. A massa combinada M₁ = m + m₁ é calculada na própria tabela.

Régua M150,00 g
Comprimento L100,00 cm
Suporte m10,00 g
Posição x₁ (cm)

A posição x₁ é definida pelo docente, entre a marca “0 cm” e um quarto da régua. Ela entra no coeficiente linear esperado, b′ = 2/(L − 2x₁).

Tabela 1 — Distância de equilíbrio medida por cada equipe, por massa do contrapeso
m₁ (g) M₁ = m + m₁ (g) d₁ (cm) d₂ (cm) d₃ (cm) d₄ (cm) d₅ (cm)
Conjunto disponível: 10,00 g · 2 × 20,00 g · 50,00 g, com Δm = 0,01 g.

3 Teoria [1,0]

Do equilíbrio de torques em torno do pivô, para a régua homogênea de massa M e comprimento L com o contrapeso M₁ na posição x₁:

d = [(L − 2x₁)/2] · M/(M₁ + M) (1)

4 Identificação das variáveis [1,0]

Tabela 2 — Quantidades físicas e seu papel no experimento
Quantidade físicaVariável
Independente
Dependente

5 Linearização [1,0]

a) Linearize a equação (1) e compare com y′ = a′x′ + b′.

b) Escreva as relações: (2)

6 Análise estatística [1,0]

Tabela 3 — Estatística da distância de equilíbrio calculada automaticamente
M₁ (g)d̄ (cm)Δd̄ (cm)σd (cm)n

7 Gráfico linear [1,0]

Tabela 4 — Pares linearizados calculada automaticamente
x′y′

Preencha a Tabela 1 para ver o ajuste.

b) Indique na reta os pontos P₁, P₂ e P₃ com os valores lidos.

Pontos lidos no papel milimetrado
Pontox′y′
P₁
P₂
P₃

Coeficientes por P₁ e P₂: preencha os pontos.

8 Gráfico linear no SPARKvue [1,0]

9 Resultados [1,0]

a) Pelas relações (2), a razão entre os coeficientes dá a massa da régua: b′/a′ = M. b) Compare com M = (150,00 ± 0,01) g.

Massa da régua pelo ajuste—
Erro percentual—
b′ esperado = 2/(L−2x₁)—
Valor de referência150,00 g

10 Conclusões [1,0]

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