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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
CAMPUS CAÇAPAVA DO SUL
RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE FÍSICA I
ENERGIA MECÂNICA
AUGUSTO CÉSAR DE OLIVEIRA
CAÇAPAVA DO SUL
2012
Augusto César de Oliveira
Relatório de laboratório de física I: Conservação da energia mecânica
Caçapava do Sul 2012
Dissertação apresentada ao programa de Graduação em Geofísica da Universidade Federal do Pampa, como requisito parcial para obtenção do diploma para bacharel em Geofísica. Orientador: Aline Balladares
Resumo
Neste experimento, utilizamos um sistema massa-mola para que fosse
verificada a conservação da energia mecânica.
Objetivos
O objetivo deste experimento é provar que a energia mecânica de um sistema
massa mola é conservada.
Desenvolvimento Teórico
Há várias formas de energia tais como luminosa, térmica, química, sonora,
elétrica, cinética, potencial, etc. Pode-se dizer que energia está relacionada à
capacidade de produzir movimento, e que a energia pode ser modificada ou
transformada, mas nunca criada ou destruída.
A Energia Mecânica (E mec) é soma de dois tipos de energia: Cinética e
Potencial.
A energia cinética (Ec) é aquela que se manifesta nos corpos em movimento.
Ela pode ser calculada pela expressão:
(1)
Onde m é a massa do corpo e v é a velocidade do corpo
Sempre que há forças de interação há energia potencial. Por exemplo, entre
um corpo com massa m e o planeta Terra existe uma interação (atração
gravitacional) logo há uma energia potencial gravitacional:
(2)
Em que h é a altura do objeto em relação à origem do movimento. Esta
expressão só é válida para alturas muito inferiores ao raio terrestre (assume que o
módulo do campo gravitacional g é constante).
Energia potencial elástica ou de deformação é uma forma de energia mecânica
armazenada numa mola deformada ou num elástico esticado.
É uma forma de energia latente, que pode ser transformada em energia de
movimento.
Considere uma mola comprida para determinar a expressão da energia
elástica.
Se x é a deformação da mola, concluímos que a intensidade da força que a
mola opõe à deformação é dada por:
(3)
(Lei de Hooke)
Sendo k a grandeza característica da mola denominada constante elástica, que
mede a rigidez da mola. Para deformar a mola foi necessário que um agente externo
aplicasse uma força sobre ele, ocasionando um deslocamento x e, portanto,
realizando um certo trabalho. A força que o agente externo exerceu serve para
dominar a resistência que a mola opõe à sua deformação e, portanto, possui
intensidade kx. O trabalho que o agente externo realiza refere-se à energia
mecânica que o agente transfere e fica armazenada na mola sob a forma de energia
elástica.
(4)
Em um sistema massa mola (como o do experimento), a energia mecânica
permanece constante, sendo a energia potencial gravitacional convertida em cinética
e elástica. Obedecendo a seguinte lei:
(5)
Materiais Utilizados
Suporte para suspender a mola
Mola
Peça especial (massa de aproximadamente 0,170 kg)
Gancho para massas
Massas
Cronômetro digital com disparador ótico
Balança
Régua
Descrição do Experimento
Registramos por meio de uma balança 3 massas distintas, sendo estas de
0,023 kg; 0,120 kg; e 0,170 kg. Fixamos uma das extremidades da mola em um
suporte, na outra posicionamos um gancho de 0,0069 kg, onde as massas eram
colocadas, sendo que estas provocaram as respectivas deformações: 0,016m; 0,070
m; e 0,10 m. Em seguida determinamos a media da constante elástica =15,83 /.
Para o estudo da conservação de energia, utilizamos uma massa de 0,170 kg com
0,022 m de espessura (d), que deformou a mola em 0,10 m, sendo esta a posição
de equilíbrio considerada. Feito isto, posicionamos o cronômetro óptico nesta
posição, a fim de registrarmos o tempo que o peso passa pelas posições B e C,
abandonamos a massa 5 vezes de 0,12 m e 0,06 m, encontrando os tempos. Com a
razão entre d e tempo(t) determinando a velocidade.
Resultados e Análise dos Resultados
Tabela 1
Posição(m) T1(s) T2(s) T3(s) T4(s) T5(s) Media(s) Velocidade
A
A 0,12 0,0247 0,0267 0,0267 0,0267 0,0401 0,02899 0,76m/s
B 0,6 0,0565 0,0998 0,0917 0,049 0,0517 0,06975 0,32m/s
Constante Elástica 15,83N/m
Tabela 2
Altura h(m) Ep. Elástica A(J) Ep. Elástica B(J)
0,6 0,19 0,2
0,12 0,33 0,32
Com base na equação 1 observamos à validade da conservação da energia
mecânica, comparando à energia existente de ponto de equilíbrio da mola com
massa de 0,170 kg, com a energia contida na posição onde a mola se encontrava
com energia elástica não nula. Como pode ser visto na tabela acima, houve uma
pequena variação entre a energia contida nas posições A e B devido a erros
aleatórios, ao atrito do ar e a própria mola, que não era ideal.
Conclusões
Concluímos que em nosso experimento a energia mecânica do sistema massa-
mola não foi conservada por causa de forças externas atuando no sistema.
Referências Bibliográficas
Curso de Física Volume 1 – Antônio máximo e Beatriz Alvarenga;
Fundamentos de Física – Halliday e Resnick;
Os Fundamentos da Fisica - Vol. 1 - 9ª Ed.- RAMALHO- Mecanica-