Objetivo
Contexto
Idéia do Experimento
Tabela do Material
Montagem
Comentários
Esquema Geral de Montagem
Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru
FCB/FCL
- 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 fenômenos 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 potencial e energia cinética. 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 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 a energia 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 ao seu movimento. A energia cinética é diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade do objeto.
- A idéia do experimento é mostrar que quanto maior a energia potencial gravitacional no início do movimento de queda de um objeto, maior será sua energia cinética ao final da queda. A quantidade de energia cinética poderá ser avaliada através de um mecanismo de freamento do movimento do objeto em queda.
- Neste experimento, uma bolinha em queda em um plano inclinado transfere sua energia mecânica para um copo. Ao iniciar o movimento, a bolinha transforma sua energia potencial gravitacional em energia cinética. Durante o movimento há diminuição da energia potencial gravitacional e aumento da energia cinética. Devido a conservação da energia mecânica, no final do plano, toda a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética. Parte desta energia é transferida para o copo que se move e parte é transformada em energia térmica e sonora. Neste caso o valor destas formas de energia chega ser desprezível. Assim podemos supor que toda energia cinética da bolinha seja transferida para o copo. Após a bolinha entrar em contato com o copo ela é toda transformada em outras formas de energia. Por exemplo, em energia térmica e sonora do barulho que o copo faz, 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 um recebimento maior de energia cinética.
- O que se observa é que, quanto mais alto estiver a extremidade do sistema de réguas de onde parte a bolinha, mais energia potencial gravitacional a bolinha terá, pois a energia potencial é função da altura. Isso faz com que a bolinha adquira mais energia cinética ao rolar pelo plano inclinado. Isto implica uma transferência maior de energia para o copo, que percorre cada vez distância maiores até parar, devido ao atrito com a superfície.
Tabela do Material
Usa-se as duas réguas para formar a rampa de rolamento do sistema. | |
bolinha | bolinha de vidro |
Montagem
- Corte um quadrado de aproximadamente 3cm de largura por 6cm de altura junto à borda do copo plástico.
- Fixe, com fita adesiva, as tampas plásticas nas extremidades de uma das réguas, de modo que fiquem alinhadas.
- Fixe a outra régua, horizontalmente, sobre a outra face das tampinhas. Esta junção das duas réguas, separadas pelas tampinhas, fica parecendo uma canaleta.
- Para evitar que a bolinha ao rodar pela canaleta abra as duas réguas, passe uma fita adesiva na parte de baixo da canaleta, de tal modo que as réguas não possam ser abertas.
- Coloque o copo sobre uma das extremidades da régua sendo que o final da régua deverá tocar a face posterior do copo.
- Levante a outra extremidade da régua usando como suporte um lápis.
- Coloque a bolinha de vidro no sulco da régua, na parte de cima do suporte.
- Libere a bolinha e observe o copo.
- Repita o procedimento usando diferentes suportes, que permitam diferentes alturas. Observe as reações do copo.
- Se houver falha no experimento, verifique os seguintes aspectos: a abertura no copo deve ter uma altura maior que a da bolinha sobre a rampa; a face posterior do copo deve estar encostada no final da régua.
Esquema Geral de Montagem
Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru
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