Laboratório de Física I - EAD- UESC 2011
Equipe: 1. Nome: ......................................................................................................
2. Nome: ......................................................................................................
3. Nome: ......................................................................................................
Pólo: ....................................................................................................
Data:....................................................................................................
Experiência três: CONSERVAÇÃO DA ENERGIA
Relatório Programado: Guia para tomada e análise de dados
Prazo: 1 semana
Visto
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1. Introdução
O presente experimento pertence ao estudo realizado pelo grupo de ensino de Física do
Depto de Física da UNESP, Campus de Baurú, para o projeto “Experimentos de Física
para o ensino médio e fundamental com materiais do dia-a-dia.” [1].
Nesta experiência será realizado um experimento do plano inclinado para analisar o
principio de conservação da energia. Num sistema mecânico, no qual não estão presentes
fenômenos eletromagnéticos ou térmicos, pode-se dizer que a energia total do sistema é
puramente mecânica. Assim, o Princípio da Conservação da Energia implica a conservação
da energia mecânica, que por definição é a soma das quantidades de energia cinética e
diversas formas de energia potencial (gravitacional, elástica...).
2. Objetivos
Neste experimento analisaremos a transformação de um tipo de energia em outro.
Usando a Ref.[1], analisaremos um objeto que possui inicialmente apenas energia
potencial gravitacional e depois de descer num plano inclinado, a energia se transforma em
energia cinética associada ao movimento. Da Ref. [1] temos:
“Idéia do Experimento”
A idéia do experimento é mostrar que a energia potencial gravitacional no início do
movimento de queda de um objeto depende da altura de queda e independe da distância a
ser percorrida pelo objeto. A energia potencial gravitacional no início do movimento será
medida pela quantidade de energia cinética gerada durante a queda, que poderá ser
avaliada através de um mecanismo de freamento do movimento do objeto em queda.
Neste experimento, utilizaremos duas canaletas (réguas), dois copos e uma bolinha.
Vamos lançar a bolinha de uma altura e deixar a mesma rolar a canaleta até atingir o copo.
Ao iniciar o movimento, a bolinha inicia a transformação da sua energia potencial
gravitacional em energia cinética. Durante o movimento há diminuição da energia
1
potencial gravitacional e aumento da energia cinética. Devido à conservação da energia
mecânica, no final da canaleta, a energia potencial gravitacional devido à perda de altura se
transforma em energia cinética. Parte desta energia cinética é transferida para o copo que
se move e parte é perdida em energia térmica e sonora, decorrentes do movimento. Neste
caso, o valor desta perda de energia chega a ser desprezível. Assim podemos supor que
toda energia cinética da bolinha seja transferida para o copo. E após a bolinha entrar em
contato com o copo, a energia cinética é toda transformada em outras formas de energia:
em energia térmica e sonora que o copo gera através do atrito e som, 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 em um recebimento maior de energia cinética.
Ao se realizar o experimento, o que se observa é que os deslocamentos dos copos são, em
média, praticamente iguais. Se variarmos a altura de queda perceberemos que o
deslocamento dos copos aumenta. Então, para obter-se mais (ou menos) energia cinética,
concluímos que a altura das canaletas é o fator que deve ser levado em consideração. Isto
corrobora que a energia potencial gravitacional está diretamente relacionada à altura de
queda do objeto e não à distância que ele percorre em queda.
Tabela do Material
Item
Observações
Copos
plásticos
Usamos um de 300ml (levar mais por garatia).
Duas réguas
Usa-se réguas de mesmo material para formar a rampa de rolamento do
sistema, pois isso faz com que o atrito seja o mesmo em ambas.
Suportes
Qualquer material para a elevação do sistema de réguas: livros, cadernos,
lápis, etc...
Uma
bolinha
Bolinha de vidro.
Montagem

Corte um quadrado de aproximadamente 4cm de largura por 6cm de altura na borda
dos copos plásticos.

Junte uma régua na outra, deixando um espaço para a bolinha rolar, e eleve-as com
um suporte.

Coloque um copo sobre a extremidade mais baixa das réguas, com a abertura do
copo virado para as réguas.

Coloque a bolinha de vidro no espaço entre as réguas, na parte de cima do suporte.

Libere a bolinha e observe o copo.

Repita o procedimento usando diferentes suportes, que permitam diferentes alturas.
2
Esquema Geral de Montagem
Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru”
3
3. Fundamentação teórica
Nosso sistema físico está constituído por uma bola de massa m, que se encontra sob um
plano inclinado numa altura h, e um copo de massa M ao pé do plano.
Usando o principio de conservação da energia, conservação da quantidade de movimento e
as equações de cinemática, podemos escrever:
1 mM   d 
h

 2  ,
2g  m   t 
2
2
(1)
onde d é a distância percorrida pelo copo com a bola, t é o tempo de movimento do
conjunto bolsa-copo, g é aceleração da gravidade e h a altura do plano inclinado.
4. Realização
Trata-se de medidas direitas de comprimento e tempo. Usaremos o Sistema Internacional
de Unidades (S.I.) para as medidas. Os alunos deveram prover uma régua para medir a
distância d e de cronômetro para medir o tempo t. Serão realizadas 20 quedas da bola,
medindo em cada uma delas, tanto o tempo t como a distância d, sendo que cada conjunto
de 10 medições do par (d,t) será realizado para uma altura h diferente. Teremos, portanto,
ao final do experimento, um total de 20 medidas de tempo e 20 medidas de distância. Além
disso, devem-se medir os valores dessas duas alturas h diferentes para comparar esses
valores, com aqueles que serão obtidos via equação (1). As massas M e m deveram ser
medidas antes de realizar a experiência, observando a precisão da balanca utilizada.
4
Utilize as tabelas abaixo como base para ser utilizada no relatório que deverá ser entregue
uma semana após a realização desse experimento.
Na Tabela 1, apresentem os valores da distância d, do tempo t, e da altura h obtidos usando
a equação (1). Observe que seu relatório deverá constar duas dessas tabelas, pois serão
utilizadas duas alturas h diferentes.
Tabela 1
#
d
t
h
(cm)
(s)
(cm)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Determine o valor médio h da Tabela 1 e calcule a sua incerteza via propagação de
incerteza h. Anote estes valores na Tabela 2.
Tabela 2
h (cm)
h (cm)
hexp(cm)
A primeira coluna da tabela 2 deve constar os valores médios obtidos para h, na segunda
coluna, anotem os valores para a incerteza do cálculo da altura, e na terceira coluna anotem
os valores medidos (as alturas) de onde a bolinha foi lançada.
Usando as medições efetuadas, escreva um relatório em pdf com no máximo 3 páginas.
O mesmo deverá conter:
Introdução com fundamentação teórica;
Materiais e Procedimento experimental;
Resultados e Análises;
Conclusões;
Bibliografia.
No relatório deverão conter no mínimo os seguintes itens:
5
a) Explicite as fórmulas utilizadas na propagação de erros de h.
b) Deduza a equação (1).
c) Discuta os resultados obtidos para h que constam na Tabela 2.
5. Sugestão
Montem os seus experimentos em casa e testem como foi mostrado na vídeo-aula,
para não perderem muito tempo montando o experimento na aula.
6. Referências bibliográficas
1] Experimentos de física para o ensino médio e fundamental com Materiais do dia-a-dia,
Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Campus de Baurú, UNESP,
http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/; "Experimentos de Física para o Ensino
Médio com materiais do dia-a-dia", Welber Gianini Quirino e F.C. Lavarda.
[2] Teoria de erros: Conceitos básicos e aplicações, A.R. Samana e D. Sande, EAD,
UESC, Ilhéus-BA, 2010.
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