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-