Laboratório de Força: Segunda Lei de Newton
1 · Prever
Você empurra uma caixa sobre um piso sem atrito com uma força constante. Se você empurrar uma caixa mais pesada com a mesma força, ela acelerará mais rápido, mais devagar ou na mesma proporção que uma caixa mais leve?
- A caixa mais pesada acelera mais rápido
- Ambas as caixas aceleram na mesma taxa
- A caixa mais pesada acelera mais devagar
2 · Preparar
- Abra a predefinição Force Lab. Uma única caixa está em repouso sobre um piso sem atrito, com uma força constante empurrando-a para frente.
- Confirme se a sonda de velocidade está conectada à caixa e, em seguida, verifique a massa da caixa e a força da força aplicada no painel do Inspetor.
- Para cada linha abaixo, defina a massa da caixa e a força da força no Inspetor para corresponder, execute a simulação exatamente para 1 segundo (60 frames) e leia a velocidade da sonda.
3 · Coletar Dados
| Missa (kg) | Força Aplicada (N) | Velocidade em t = 1 s (m/s) | Quantidade de movimento em t = 1 s (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 2.00 | 8.00 | ||
| 1.00 | 6.00 | ||
| 4.00 | 8.00 |
Plote a força aplicada (eixo x) em relação à velocidade medida após 1 segundo (eixo y), uma linha por massa testada. O que representa a inclinação de cada linha?
4 · Analisar
- Para cada linha, divida a força aplicada pela massa. Como esse valor se compara à velocidade que você mediu após 1 segundo? Que quantidade você acabou de calcular?
- Compare as linhas 1 e 3 (mesma força, massa diferente). Quanto a duplicação da massa alterou a velocidade resultante após o mesmo empurrão de 1 de segundo?
5 · Aprofundar
- Este piso não tem atrito. Preveja como suas leituras de velocidade mudariam se uma pequena força de atrito constante também agisse sobre a caixa. Será que dividir a força aplicada apenas pela massa ainda preveria a aceleração resultante?
- Um carrinho de compras e um caminhão de entrega carregado podem ser empurrados por um motor que produz a mesma força. Use seus dados para explicar por que eles não aceleram na mesma proporção.
A física por trás deste experimento
Segunda Lei de Newton
A força resultante sobre um objeto é igual à sua massa vezes sua aceleração. Aqui, uma única força constante acelera a caixa a partir do repouso, de modo que a velocidade medida após um tempo fixo revela a aceleração que essa força produziu.
Momento
Quantidade de movimento é massa vezes velocidade. Cada tentativa começa do repouso, então a quantidade de movimento na marca de 1 segundo mostra quanto movimento o mesmo empurrão cria em caixas de massas diferentes.