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Conservação de Energia
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Laboratórios de Física Conservação de Energia
DEFI-NRM-0023 Versão: 03 Data: 06/08/2008
DEFI-NRM-0023
Conservação de Energia Objectivos: • • •
Determinação da energia cinética de rotação e translação; Determinação da energia potencial gravítica; Verificação do princípio da conservação da energia.
Introdução Teórica
O estudo das diferentes formas de energia e das suas transformações possíveis, levou ao estabelecimento do Princípio da Conservação de Energia que se traduz no seguinte: A energia não pode ser criada ou destruída; pode sim ser transformada de uma forma noutra, mantendo-se inalterada a quantidade total de energia. Nesta experiência será usada uma massa pendente para aplicar um binário constante a uma plataforma rotativa. À medida que a massa cai, perde energia potencial gravítica. Esta energia é ganha pela plataforma sob a forma de energia cinética rotacional. Medindo a energia perdida pela massa e a energia ganha pela plataforma, será possível avaliar se a energia é conservada.
Material Necessário • • • • • • • • • •
Base metálica com suportes de altura regulável; Plataforma com roldanas; Roldana livre; Photogate e respectivo suporte; Suporte para fixação do photogate à plataforma; Suporte para massas e série de massas; Fio; Nível; Fita métrica; Paquímetro.
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Procedimento 1.
Faça a montagem do trabalho de acordo com o esquema indicado na figura. Use o nível para nivelar a plataforma.
2.
Meça o raio r da roldana (plataforma) de menor diâmetro (registe-o na tabela) e pese o suporte de massas.
3.
Prenda o fio à roldana mantendo-o esticado e paralelo à plataforma (ver figura).
4.
Prenda o suporte de massas ao fio. Verifique que com o fio esticado, o suporte de massas se encontra acima do solo pelo menos 2 cm. Registe essa altura com h2.
5.
Enrole o fio até uma altura h1 (meça e registe h1, isto é, a distância do conjunto suporte + massa ao solo). Garanta que a photogate não se encontra obstruída pela área representativa de 1 rad.
6.
Coloque uma massa de 50 g no suporte e registe na tabela a massa total m do conjunto (suporte + massa).
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7.
No photogate escolha a opção Gate. Neste modo de operação será registado o tempo durante o qual o cartão interrompeu o sensor do photogate. Calcule a velocidade angular ωmáx da plataforma e registe o seu valor na tabela.
8.
Solte o conjunto suporte + massa e meça a altura h2 a que fica o conjunto do solo quando o fio se encontra completamente esticado.
9.
Repetir as medições três vezes, mantendo h1 constante.
10. Repetir os pontos 5 a 9, alterando a massa adicionada para 100, 150 e 200 g. Para cada ensaio calcule a energia potencial gravítica (EPG = mgh) perdida pela massa em queda. Calcule também a energia cinética de rotação (ECR=Ιω Ιω2 /2) pela plataforma rotativa (momento de inércia da plataforma: Ι=7,75x10-3 kg.m2). A energia foi conservada? Justifique a sua resposta. 11. Parte da energia potencial gravítica foi convertida em energia cinética de translação (ECT=mv2/2) da massa em queda. Para determinar esta energia, calcule v máx = rω máx , em que r é o raio da roldana e adicione-a à energia cinética de rotação. E agora a energia foi conservada? Justifique.
Outras Informações •
Optimize a posição do cartão com a secção de um radiano para que o último tempo registado no photogate seja o mais próximo possível do instante em que o conjunto suporte + massa atinge a altura mínima (situação em que a energia cinética de rotação é máxima).
•
Certifique-se que ao enrolar o fio este não fica sobreposto.
•
A altura h2 varia à medida que o fio desenrola e estica. Meça esta altura em cada ensaio para uma melhor precisão dos resultados.
Referências Bibliográficas • •
Instruction Manual and Experiment guide for the PASCO scientific model ME-9341 Alonso e Finn, “Física”
•
Tipler, “Física para Cientistas e Engenheiros”, volume 1
•
Serway, “Física I, Mecânica e Gravitação”
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Conservação de Energia – Anexo A
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Conservação de Energia Anexo A Curso:
Ano:
Disciplina:
Turma:
Grupo #:
Data da realização:
Data de entrega:
Tabelas
Tabela 1: Registo dos Aparelhos de Medida Aparelhos Unidades
Tabela 2: Leituras Ensaio r m
h1
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h2
Resolução
ωm ax
∆EPG
Erro de Leitura
ECR
ECT
ECR+ECT
-i-
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Conservação de Energia – Anexo B
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Conservação de Energia Anexo B Questões sobre os conceitos de: • • •
Determinação da energia cinética de rotação e translação; Determinação da energia potencial gravítica; Verificação do princípio da conservação da energia.
Questões
1.
Diga de que forma é que os seguintes factores alteram as energias envolvidas na experiência: a. Aumento do diâmetro da roldana (a da plataforma); b. Aumento da massa colocada no suporte.
2.
Diga justificando se obteria o mesmo valor para a energia cinética de translação se a mesma fosse calculada com base no tempo que o conjunto suporte+massa demora a deslocar-se da posição 1 para a 2.
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