Laboratório de Física I - EAD- UESC 2011

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1 Laboratório de Física I - EAD- UESC 011 Equipe: 1. Nome:.... Nome: Nome:... Pólo:... Data:... Experiência três: CONSERVAÇÃO DA ENERGIA Relatório Programado: Guia para tomada e análise de dados Prazo: 1 semana Visto 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...).. 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

2 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 Copos plásticos Duas réguas Suportes Uma bolinha Observações Usamos um de 300ml (levar mais por garatia). 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. Qualquer material para a elevação do sistema de réguas: livros, cadernos, lápis, etc... 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.

3 Esquema Geral de Montagem Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru 3

4 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, (1) g m t 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 0 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 0 medidas de tempo e 0 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

5 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 (cm) t (s) h (cm) Determine o valor médio h da Tabela 1 e calcule a sua incerteza via propagação de incerteza h. Anote estes valores na Tabela. Tabela h (cm) h (cm) h exp (cm) A primeira coluna da tabela 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

6 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. 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, "Experimentos de Física para o Ensino Médio com materiais do dia-a-dia", Welber Gianini Quirino e F.C. Lavarda. [] Teoria de erros: Conceitos básicos e aplicações, A.R. Samana e D. Sande, EAD, UESC, Ilhéus-BA,