GUIÃO DE EXPLORAÇÃO (ENERGIA DO PARQUE DE SKATE)
http://phet.colorado.edu/pt/simulation/energy-skate-park
PARTE I
CLASSIFICAÇÃO DOS MOVIMENTOS
Questão Problema: Que tipos de movimento experimenta um skater numa pista de um parque?
1. Abra a Aplicação em Flash através do link http://phet.colorado.edu/pt/simulation/energy-skate-park.
2. Para realizar leituras, selecione as opções Grelha e Energia Potencial de Referência e mova a pista
para o solo, fazendo coincidir a parte inferior da pista com a linha azul tracejada.
3. Se o skater estiver parado, coloque-o sobre a pista a uma altura elevada.
4. Quando o skater atingir uma das posições de altura máxima, clique no botão Mostrar Caminho e no
botão Parar, mal ele atinja o lado oposto da pista.
5. Sabendo que o intervalo de tempo decorrido entre marcação de duas posições sucessivas foi sempre o
mesmo, classifique o movimento do skater, em resposta à questão problema. Apresente uma justificação
para a classificação efetuada.
Durante a descida - ___________________________ Durante a subida- __________________________
Justificação: __________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
PARTE II
CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA
Questão Problema: Há conservação da energia mecânica durante o movimento de um skater numa
pista de um parque?
1. Clique no botão Limpar, para apagar as posições marcadas, e coloque, se necessário, o skater sobre a
pista a uma altura elevada. Clique no botão Gráfico de Barras.
2. Mova o cursor para Slow, de modo a diminuir a velocidade do skater, e indique como varia:
2.1 A energia potencial gravítica durante a subida. ____________________________________________
2. 2 A energia potencial gravítica durante a descida. __________________________________________
2. 3 A energia cinética durante a subida. ____________________________________________________
2. 4 A energia cinética durante a descida. ___________________________________________________
2. 5 A energia total durante o movimento. ___________________________________________________
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3. Identifique qual ou quais a(s) força(s) que atua(m) sobre o skater e classifique-a(s) em conservativa(s)
ou não conservativa(s) .
Força: ____________________________________
□ Conservativa □ Não conservativa
(Força: ____________________________________
□ Conservativa □ Não conservativa)
4. Atendendo à resposta à questão anterior, ao longo da totalidade do percurso, que grandeza tem um
valor igual ao da energia total representada no gráfico? ________________________________________
5. Clique no botão Energia Versus Posição. Pela análise deste gráfico e do gráfico de barras indique qual
a forma de energia em que se converte:
5.1 A energia cinética durante a subida do skater. ____________________________________________
5.2 A energia potencial gravítica durante a descida do skater. __________________________________
6. Através da análise dos gráficos supracitados complete a frase relativa à situação em estudo,
escolhendo a alternativa correta e respondendo a parcialmente à questão problema.
Quando sobre um sistema só atuam forças não conservativas / conservativas, a sua energia mecânica, que
corresponde à soma da energia potencial gravítica com a energia cinética, mantem-se constante / varia, isto é, há /
não há conservação da energia mecânica.
7. Selecione o botão Atrito do Traçado e mova o cursor de modo a aumentar o coeficiente de atrito.
Coloque, se necessário, o skater a uma altura elevada (clicando no botão Retornar Skater ou arrastando
o skater para a posição pretendida) e analise o gráfico de barras para esta situação.
8. Que forças atuam no skater nesta situação? ______________________________________________
9. Verifique, utilizando o gráfico de barras, como varia energia mecânica do sistema e indique quais as
forças responsáveis por esta variação. _____________________________________________________
____________________________________________________________________________________
10. Como se designam, de uma forma geral, as forças que originam variações na energia mecânica de
um sistema?
□ Dissipativas
□Conservativas
□ Não conservativas
(Selecione a opção correta)
11. Reescreva, para esta situação, a frase apresentada no ponto 6, terminado a resposta à questão
problema. ____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________
12. Sabendo qual a variação da energia mecânica do skater, a partir do momento em que o atrito
começou a atuar até à sua paragem, como poderá determinar a quantidade de energia responsável pelo
aumento de temperatura do skate e das vizinhanças?
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PARTE III
ENERGIA POTENCIAL GRAVÍTICA, ENERGIA CINÉTICA E CONSERVAÇÃO DA ENERGIA
MECÂNICA
PARTE III - A
Determinação da velocidade a partir da conservação da energia mecânica
Questão problema: Como determinar a velocidade máxima do skater?
1. Mova novamente o cursor de modo a que o coeficiente de atrito seja nulo.
2. Arraste o skater para uma posição da pista de altura elevada. Selecione a Fita Métrica e, rodando-a e
ajustando-a, meça a altura máxima atingida pelo skater, registando o valor obtido na tabela 1.
Posição
Energia potencial gravítica / J
(Epg = mgh)
Velocidade/
(m/s)
Energia cinética / J
(Ec = ½ mv2)
Energia mecânica / J
(Em = Ec + Epg)
Altura máxima
hmáx. = _____ m
Tabela 1
3. Determine a energia potencial gravítica do sistema quando o skater atinge a altura máxima, utilizando
os valores da aceleração da gravidade e da massa do skater indicados na simulação. Registe o valor na
tabela 1.
4. Indique quais os valores da velocidade do skater e da sua energia cinética no ponto mais alto da
trajetória. Registe os valores na tabela 1.
5. Calcule o valor da energia mecânica no ponto mais alto da trajetória. Registe este valor na tabela 1.
6. Indique quais os valores da altura e da energia potencial gravítica no ponto mais baixo da trajetória.
Registe-os na tabela 2.
Posição
Energia potencial gravítica / J
(Epg = mgh)
Energia mecânica / J
(Em = Ec + Epg)
Energia cinética / J
(Ec = ½ mv2)
Velocidade/
(m/s)
Altura mínima
hmin. = _____ m
Tabela 2
7. Infira quais os valores da energia mecânica e da energia cinética no ponto mais baixo da trajetória,
atendendo às conclusões a que chegou na Parte II. Registe esses valores na tabela 2.
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8. Calcule o valor da velocidade no ponto mais baixo da trajetória e responda à questão problema.
Registe o valor na tabela 2. ______________________________________________________________
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9. Clique no botão Energia versus Tempo e, decorridos 10s, clique em Parar. Clique no botão Passo a
Passo e arraste a linha cinzenta de modo a confirmar os valores calculados de energias cinética,
potencial gravítica e mecânica.
10. Para confirmar os valores da velocidade, clique novamente em Mostrar Caminho, deixando que se
marquem as posições de um extremo ao outro da pista; coloque o rato sobre a posição pretendida e
clique no seu botão esquerdo.
PARTE III – B
Variação da velocidade no movimento em função do Planeta
Questão problema: Largado da mesma altura, a velocidade máxima do skater é diferente em Júpiter?
1. Clique em Limpar, para apagar as posições. Mude a localização do skater para Júpiter (g =24,8 ms-2).
Faça Clear no gráfico Energia = f (tempo) e certifique-se que a altura máxima do skater é a mesma que a
anterior.
2. Pela análise deste gráfico pode concluir-se que a energia mecânica em Júpiter também se conserva?
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3. Como varia a energia mecânica e as energias potencial gravítica e cinética máximas com a mudança
da Terra para Júpiter? Explique essa variação. ______________________________________________
__________________________________________________________________________________
4. Calcule a velocidade do skater no ponto mais baixo da trajetória no planeta Júpiter, se o skater for
largando da mesma altura. Apresente todas as etapas de resolução.
15. Mude a localização do Skater de novo para a Terra
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5. Confirme o valor encontrado para a velocidade seguindo os passos descritos no ponto 10 da Parte IIIA.
6. Compare o valor de velocidade encontrado com o calculado no ponto 8 da Parte III-A, respondendo à
questão problema. Explique a variação observada. ___________________________________________
__________________________________________________________________________________
7. Mova, com o cursor correspondente, a localização do skater para o Espaço. O que acontece ao
skater? Apresente uma justificação para o sucedido.__________________________________________
__________________________________________________________________________________
8. Qual o tipo de trajetória do skater ao mover-se no Espaço? __________________________________
PARTE III – C
Variação da velocidade em função da massa
Questão problema: Quando largados da mesma altura, a velocidade máxima do skater é diferente da de
uma bola?
1. Mude a localização do skater novamente para a Terra e, no botão Escolher Skater, troque o skater pela
bola.
2. Coloque a bola à mesma altura em que colocou o skater e trace o gráfico da Energia = f (tempo).Se
necessário ajuste a escala do gráfico.
3. Pela análise deste gráfico, indique como varia a energia mecânica e as energias potencial gravítica e
cinética
máximas
com
a
substituição
do
skater
pela
bola?
Explique
essa
variação.
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
4. Calcule a velocidade da bola no ponto mais baixo da trajetória, sabendo que esta foi largada da mesma
altura máxima que skater. Apresente todas as etapas de resolução.
15. Mude a localização do Skater de novo para a Terra
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5. Confirme o valor encontrado seguindo os passos descritos no ponto 10 da Parte III-A.
6. Compare o valor de velocidade encontrado com o calculado no ponto 8 da Parte III-A, respondendo à
questão problema. Explique a variação observada. ___________________________________________
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PARTE III – D
Velocidade adquirida em função da altura de lançamento
Questão problema: Qual a altura a que um skater deve ser largado
para conseguir fazer um looping em segurança?
1. Determine a altura mínima a que deve ser largado o skater de
modo a que este consiga fazer o looping em segurança, passando no
ponto mais alto do looping a uma velocidade de 4m/s. Atenda aos
dados fornecidos pela simulação e considere que o raio do looping é
de 3m e que as forças de atrito são desprezáveis. Apresente todas as etapas de resolução.
2. Clique no botão Trilha e selecione a trajetória Circular . Ajuste a trajetória para um formato similar ao
apresentado na figura, atendado aos dados supracitados. Certifique-se de que o skater consegue fazer o
looping em segurança se o largarmos da altura calculada, respondendo à questão problema.
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Bom trabalho!
Olga Vasconcelos
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