Universidade Católica de Brasília
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Curso de Física
Energia Mecânica no Sistema Massa - Mola.
Participantes:
1.
Objetivo:
Verificar se há conservação de energia mecânica;
Achar a constante elástica (K) da mola;
Comprovar a Lei de Hooke.
2. Introdução Teórica:
FORÇA DA MOLA:
A força aplicada por uma mola a um corpo a ela associada é denominada força
elástica. Observa-se que esta força é diretamente proporcional à deformação da mola.
F = -k . x
(LEI DE HOOKE)
O sinal negativo indica que a força elástica e o
correspondente deslocamento são vetores opostos.
ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA:
É a energia armazenada num sistema massa-mola, é dada por:
ξ=½kx2
ENERGIA POTENCIAL GRAVITACIONAL:
Sobre qualquer corpo nas proximidades da superfície terrestre, age uma força
peso, (P = m.g), um ponto material de massa m num local onde a aceleração é g, que se
desloca de uma posição ∆r. A energia potencial gravitacional é a energia armazenada
pela diferença de altura.
A energia potencial gravitacional é dada por:
ξPA = mgh
ENERGIA CINÉTICA:
É um tipo de energia que os corpos têm devido ao movimento.
A energia cinética é dada por:
ξc = ½ mv2
Ondas
Massa - Mola
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ENERGIA MECÂNICA:
A soma da energia cinética e energia potencial macroscópica de um sistema de
corpos é denominada energia mecânica do sistema de corpos.
ξm = ξc + ξP
CONSERVAÇÃO DE ENERGIA:
É quando a energia mecânica total do sistema antes é igual a energia total do
sistema depois, isto é, no sistema não age forças conservativas.
ξM = constante
OSCILAÇÃO:
São movimentos periódicos em torno de uma posição de referência. Como na
prática esses movimentos há perda de energias, iremos então chamá-los de movimento
harmônico amortecido, então sua energia mecânica é:
ξm = ξc + ξp + W diss.
Onde W diss é o trabalho feito pelas forças dissipativas.
3. Procedimento Experimental
A. MATERIAL NECESSÁRIO:
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Micro computador
Interface
Sensor de movimento
Sensor de força
-
Mola
Massas
cabos conectores
Suporte
DIAGRAMA DE MONTAGEM:
Ondas
Massa - Mola
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Observação: A constante elástica da mola deve ser razoavelmente baixa,
um corpo de massa relativamente grande e a distância entre o ponto mais baixo da
oscilação e o sensor de movimento deve ser de aproximadamente 0,50 m, pois assim o
período de oscilação que é escrito como sendo ω = √(m/K) , torna-se grande o bastante
para que os resultados ficam fáceis de serem analisados.
B. Procedimento Experimental
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Conectar os fios como mostra o diagrama de montagem;
Clique em INICIAR/ PROGRAMAS/ SCIENCEWORKSHOP;
Clique no desenho do conector do sensor de movimento e arraste para o canal digital
1(um) e selecione o sensor de movimento (MOTION SENSOR), e depois em OK;
Selecione a freqüência adequada (120 Hz) (TRIGGER RETE) e OK;
Clique no desenho do conector do sensor de força e arraste para o canal analógico
(ANALOG CHANNEL) A, selecione o sensor de força (FORCE SENSOR) e OK;
Clique em display e em seguida em NEW GRAPH;
Puxe a massa para baixo da qual sua altura fique em torno de 0,50m e a solte;
Clique no ícone REC, os dados começarão ser gravados;
Deixe oscilar o bastante para que os dados sejam o suficiente para se trabalhar.
Clique no ícone STOP, os dados não serão mais gravados.
4. Análise / Resultados:
Qual a freqüência de oscilação do pêndulo no começo e no final da oscilação do
experimento?
Compare as duas oscilações e explique o por quê de tal fato.
Repita o procedimento acima para o período.
Desenhe os gráficos Posição x Tempo , Força x Posição e Força x Tempo e
faça uma discussão sobre eles.
Por que o gráfico Posição x Tempo se definiu como uma senóide com
decaimento?
Como se relaciona a freqüência com a constante de elasticidade da mola e a
massa do bloco.
Relacione a força aplicada na mola com a posição do bloco.
Calcule os possíveis erros do experimentos.
5. Conclusão
6. Bibliografia
TIPLER, Paul. Física: Gravitção, Ondas e Termodinâmica. 4.ed. Rio de Janeiro:
LTC, 1995, v.2.
NUSSENZVEIG, H. Moysés. Curso de Física Básica. Vol. 2 – Fluidos, Oscilações
e Ondas, Calor. 3ª ed. São Paulo, Edgard Blüclher, 1981.
Ondas
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