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terça-feira, 6 de março de 2012

FÍSICA - CONSERVAÇÃO DE ENERGIA III (MECÂNICA)



Objetivo

    O objetivo deste experimento é mostrar a transformação da Energia Potencial Gravitacional em Energia Cinética, ilustrando a Conservação da Energia Mecânica.



Contexto

    O Princípio da Conservação da Energia diz que "a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída".
    Em um determinado sistema mecânico, em que formas de energia relacionadas a fenômenos eletromagnéticos ou térmicos não estão presentes, pode-se dizer que a energia total do sistema é puramente mecânica. 
    Desse modo, o Princípio da Conservação da Energia implica a conservação da energia mecânica.
     Esta, por sua vez, é a soma das quantidades de energia cinética e diversas formas de energia potencial (gravitacional e elástica entre elas). 
    Embora a energia mecânica seja sempre constante, a quantidade de cada uma de suas componentes pode sofrer variação de tal modo que a energia total do sistema permaneça constante.
    Neste experimento podemos identificar uma transformação de um tipo de energia em outro. Inicialmente um objeto possui energia potencial gravitacional, que é a energia de interação entre a massa do objeto com a massa da Terra. 
    Essa energia está armazenada no sistema Terra-objeto, e vai diminuindo à medida que o objeto e a Terra se aproximam.
     A energia potencial gravitacional de um objeto, que é diretamente proporcional ao produto da sua massa, da aceleração da gravidade (g) e da sua distância vertical em relação a um ponto de referência, se transforma em energia cinética do objeto, que está associada aos eu movimento.



Idéia do Experimento

    A idéia do experimento é mostrar que a energia potencial gravitacional no início do movimento de queda de um objeto depende da altura de queda e independe da distância a ser percorrida pelo objeto.
     A energia potencial gravitacional no início do movimento será medida pela quantidade de energia cinética gerada durante a queda, que poderá ser avaliada através de um mecanismo de freamento do movimento do objeto em queda.
    Neste experimento, utilizamos duas canaletas de diferentes comprimentos ( uma possui o dobro do comprimento da outra), dois copos e uma bolinha. Como as canaletas possuem diferentes comprimentos, se elas forem montadas de modo que a bolinha tenha a mesma altura inicial em ambas, a energia potencial gravitacional será igual nos dois casos. 
    Assim a energia cinética da bolinha deverá ser a mesma ao final das duas canaletas, apesar do fato de num caso a bolinha percorrer o dobro da distância.
    Em cada canaleta, o fenômeno é idêntico. 
    Ao iniciar o movimento, a bolinha inicia a transformação da sua energia potencial gravitacional em energia cinética. Durante o movimento há diminuição da energia potencial gravitacional e aumento da energia cinética.
     Devido à conservação da energia mecânica, no final da canaleta, a energia potencial gravitacional devido à perda de altura se transforma em energia cinética. 
    Parte desta energia cinética é transferida para o copo que se move e parte é perdida em energia térmica e sonora, decorrentes do movimento.
     Neste caso, o valor desta perda de energia chega a ser desprezível. 
    Assim podemos supor que toda energia cinética da bolinha seja transferida para o copo. 
    E após a bolinha entrar em contato com o copo, a energia cinética é toda transformada em outras formas de energia: em energia térmica e sonora que o copo gera através do atrito e som, dissipando assim a energia cinética que recebeu da bolinha.
    O atrito sobre o copo é praticamente constante. E o copo necessita de uma quantidade fixa de energia cinética para vencer uma distância fixa. 
    Portanto, se o copo se desloca mais, isto implica em um recebimento maior de energia cinética.
    Ao se realizar o experimento, o que se observa é que os deslocamentos dos copos são, em média, praticamente iguais, mesmo tendo-se que uma distância que a bolinha percorre é o dobro da outra. 
    Se variarmos a altura de queda de modo idêntico para ambas as canaletas, veremos que o resultado, em média, se mantém.
     A única diferença é que o deslocamento dos copos é proporcional à altura de queda.
     Então, para obter-se mais (ou menos) energia cinética, concluímos que a altura das canaletas é o fator que deve ser levado em consideração. Isto corrobora que a energia potencial gravitacional está diretamente relacionada à altura de queda do objeto e não à distância que ele percorre em queda.

Tabela do Material 





Ítem



Observações



2 copos plásticos



Usamos dois de 300ml.



5 tampinhas plásticas de refrigerantes de dois litros ou 600ml do tipo PET



Serão usadas para manter separadas as réguas.



2 réguas de 60 cm e 2 de 30cm
Usa-se réguas de mesmo material para formar a rampa de rolamento do sistema, pois isso faz com que o atrito seja o mesmo em ambas.



fita adesiva



suportes



Qualquer material para a elevação do sistema de réguas: livros, cadernos, lápis, etc...
uma bolinhaBolinha de vidro.
Montagem
  • Corte um quadrado de aproximadamente 3cm de largura por 6cm de altura na borda dos copos plásticos.
  • Fixe, com fita adesiva, duas tampas plásticas nas extremidades de uma das réguas de 30cm, de modo que fiquem alinhadas.
  • Fixe a outra régua de 30cm, horizontalmente, sobre a outra face das tampinhas. Esta junção das duas réguas, separadas pelas tampinhas, fica parecendo uma canaleta.
  • Repita este mesmo procedimento para as réguas de 60cm, só que colocando uma tampinha a mais no centro das réguas.
  • Para evitar que a bolinha ao rodar pela canaleta abra as duas réguas de 60cm, passe duas fitas adesivas na parte de baixo da canaleta, entre a primeira e a segunda tampa e entre a segunda e terceira tampa, de tal modo que as réguas não possam ser abertas e para que fiquem alinhadas.
  • Coloque os copos sobre uma das extremidades das canaletas, sendo que o final de cada canaleta deverá tocar a face posterior de um dos copos.
  • Levante a outra extremidade das canaletas usando como suporte um livro, que pode ser o mesmo para as duas.
  • Coloque a bolinha de vidro no sulco de uma das canaletas, na parte de cima do suporte.
  • Libere a bolinha e observe o copo.
  • Repita este procedimento para a outra canaleta com a mesma bolinha, sem tirar o primeiro copo do lugar.
  • Libere a bolinha e observe a posição do segundo copo.
  • Repita o procedimento usando diferentes suportes, que permitam diferentes alturas.



Comentários

  • Se houver falha no experimento, verifique os seguintes aspectos: as aberturas nos copos deverão ter altura maior que a da bolinha sobre a rampa; a face posterior dos copos deverão estar encostadas no final das canaletas.
  • Não se esqueça que os suportes utilizados para elevar as duas canaletas devem ser os mesmos para ambos e que tenham alturas de no mínimo 5cm para melhor visualização do resultado.
  • Use a mesma bolinha para as duas canaletas.

Esquema Geral de Montagem




Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

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