GUIÃO DE EXPLORAÇÃO (ENERGIA DO PARQUE DE SKATE)
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- Pietra Botelho Castelo
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1 GUIÃO DE EXPLORAÇÃO (ENERGIA DO PARQUE DE SKATE) 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 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 A energia potencial gravítica durante a descida A energia cinética durante a subida A energia cinética durante a descida A energia total durante o movimento. Guião de Exploração Energia do Parque de Skate Página 1 de 6
2 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? Guião de Exploração Energia do Parque de Skate Página 2 de 6
3 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. Energia potencial gravítica / J (Epg = mgh) Velocidade/ (m/s) Energia cinética / J (Ec = ½ mv 2 ) Energia mecânica / J (Em = Ec + Epg) Posição 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 Indique quais os valores da velocidade do skater e da sua energia cinética no ponto mais alto da trajetória. Registe os valores na tabela Calcule o valor da energia mecânica no ponto mais alto da trajetória. Registe este valor na tabela Indique quais os valores da altura e da energia potencial gravítica no ponto mais baixo da trajetória. Registe-os na tabela 2. Energia potencial gravítica / J (Epg = mgh) Energia mecânica / J (Em = Ec + Epg) Energia cinética / J (Ec = ½ mv 2 ) Velocidade/ (m/s) Posição 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. Guião de Exploração Energia do Parque de Skate Página 3 de 6
4 8. Calcule o valor da velocidade no ponto mais baixo da trajetória e responda à questão problema. Registe o valor na tabela 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? 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 Guião de Exploração Energia do Parque de Skate Página 4 de 6
5 5. Confirme o valor encontrado para a velocidade 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. 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 Guião de Exploração Energia do Parque de Skate Página 5 de 6
6 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. 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. _ Bom trabalho! Olga Vasconcelos Guião de Exploração Energia do Parque de Skate Página 6 de 6
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