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Conservação da Energia I
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 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.
Idéia do Experimento
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
"Ítem "Observações "
"copo plástico "Usamos um de 300ml. "
"2 tampinhas plásticas de "Serão usadas para manter separadas as"
"refrigerante de dois litros "duas réguas. "
"ou 600ml " "
"2 réguas de 30cm "Usa-se as duas réguas para formar a "
" "rampa de rolamento do sistema. "
"fita adesiva " "
"suportes "Qualquer material para elevação do "
" "sistema de réguas: livros, cadernos, "
" "lápis, etc... "
"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.
Comentários
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
FCB/FCL
Polias
Objetivo
Mostrar de que modo as polias podem ser usadas para economizar
esforço.
Contexto
As máquinas simples são utilizadas desde os primórdios da humanidade
com o intuito de diminuir o esforço físico empregado na realização de
uma determinada tarefa. Entre as máquinas simples estão a alavanca e a
polia.
Idéia do Experimento
A idéia do experimento é fazer com que um determinado peso levante um
peso maior, o que representa um ganho. Ou seja, se você for capaz de
levantar, por exemplo, 20 kg, usando uma máquina parecida com a deste
experimento, você conseguiria levantar mais que 20 kg. Isto é feito
utilizando-se duas "polias" de diâmetros diferentes: um carretel e um
lápis.
Tabela do Material
"Item "Observações "
"Dois lápis "Caso a espessara do lápis for menor do que o "
" "orifício do carretel, pode-se usar o tubo de "
" "caneta FaberFix (por ser cilíndrica e leve). "
"Carretel "Carretel do Tipo Linha 10 usada para empinar "
" "pipa. "
"Linha "Linha do tipo 10. "
"Vinte moedas de "Ou vinte peças pequenas de mesma massa. "
"mesma massa " "
"Dois copinhos " "
"descartáveis " "
"pequenos " "
"Fita adesiva " "
Montagem
Encaixe os dois lápis no carretel, de forma a se encontrarem no
centro.
Corte dois pedaços de linha com aproximadamente 60 cm.
Amarre uma das extremidades de uma das linhas no carretel; amarre uma
das extremidades da outra linha.
Nas extremidades livres de cada linha suspenda um copinho de plástico
descartável.
Faça dois laços de mesmo tamanho com dois outros pedaços da linha e
prenda-os na borda de uma mesa com fita adesiva, para servirem de
sustentação para a "máquina".
Enrole a linha do carretel, deixando a do lápis sem enrolar
No copinho da linha do lápis coloque dez moedas.
No copinho da linha do carretel vá colocando moedas de mesma massa a
do copinho uma a uma, até que comece o movimento.
Comentários
Caso o lápis tenha espessura inferior a do diâmetro do carretel, tente
com outro objeto cilíndrico leve que possa se encaixar bem no furo do
carretel, como uma caneta cilíndrica sem carga (o fato de estar sem
carga é para diminuir a massa).
As moedas devem ser idênticas para que seja fácil deduzir a massa que
está sendo posta em cada copo.
Esquema Geral de Montagem:
Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru
WGQ/FCL
