DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE LANÇAMENTO PELO PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA COLISÕES

INTRODUÇÃO

No presente relatório procura-se demostrar os resultados obtidos pelo grupo nas duas experiências realizadas no laboratório de física.

Na primeira experiência diferenciamos energia cinética translacional de energia cinética rotacional, relacionamos as transformações energéticas sofridas pela energia potencial inicial da esfera ao rolar pela rampa e utilizamos o principio da conservação da energia para determinar a velocidade de lançamento da esfera quando a mesma abandona a rampa, considerando o sistema livre de atritos ou quaisquer outras forças externas que venham a existir.

Já na segunda experiência que se tratava de colisões conceituamos a quantidade de movimento, colisões entre dois corpos e analisamos que a quantidade de movimento se conserva. Nesse tipo de colisão onde as esferas se chocaram e ficaram separadas caracterizamos uma colisão elástica entre os corpos onde a quantidade de energia cinética é igual antes e depois da colisão.

Neste relatório contem os resultados da sexta e da sétima experiência de física experimental, realizadas em laboratório, sendo a primeira experiência realizada “DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE LANÇAMENTO PELO PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA”, e a segunda experiência “COLISÕES”. Tabelas e cálculos foram desenvolvidos para maior entendimento.

 

DESENVOLVIMENTO

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Lançamento de projétil na horizontal

Segundo HALLIDAY (2009, p.70), “Uma partícula que se move em um plano vertical com velocidade inicial v ⃗0 e com uma aceleração constante, igual à aceleração de queda livre g ⃗, dirigida para baixo. Uma partícula que se move dessa forma é chamada de projétil (o que significa que é projeta ou lançada), e seu movimento é chamado de movimento balístico.”

Os movimentos que ocorrem no eixo x e no eixo y são independentes.

O movimento do eixo x pode ser classificado como MRU (Movimento Retilíneo Uniforme), ou seja, a aceleração é nula, e sua velocidade pode ser calculada através da equação ("v" _"x" ="v" _"o" ). E o movimento do eixo y pode ser classificado como queda livre, ou seja, a aceleração é constante e para baixo, a velocidade pode ser calculada através da equação ("v" _"y" ="v" _"yo" -gt).

Energia

Energia é a capacidade de realizar um trabalho, também é definida como a grandeza escalar associada ao estado de um ou mais objetos. Sua unidade de medida no SI (Sistema Internacional de Unidades) é o Joule (J).

Energia cinética

A energia cinética (K) é associada a velocidade de um corpo, ou seja, ao estado de movimento. “Quanto mais depressa o objeto se move, maior é a energia cinética. Quando um objeto está em repouso, a energia cinética é nula.” (HALLIDAY, 2009, p.153). Pode ser calcula através da equação (K=(mv^2)/2), onde:

K = energia potencial;

m = massa;

v = velocidade.

A energia cinética total de um corpo que além de rotacionar também translada, é dada pela sua energia cinética de rotação em torno do eixo de rotação mais a energia cinética a ele associada devido à translação deste eixo.

Energia cinética rotacional

A energia cinética rotacional é a energia de um corpo que executa um movimento de rotação em torno de um eixo de referência, o eixo é fixo e passa pelo centro de massa do corpo. No movimento de rotação, todos os pontos do objeto percorrem trajetórias circulares com a mesma velocidade angular. Para calcular a energia cinética rotacional utiliza-se a equação (K=I²/2), onde:

I = momento de inércia em torno do diâmetro da esfera maciça (I = (2/5)mr2).

 = velocidade angular da esfera, relacionada com a velocidade translacional do centro de massa pela relação ( = v/r).

Energia cinética translacional

Quando um corpo, além de transladar, rotacional, pode-se calcular o valor da energia cinética translacional utilizando a equação (K=mv²/2).

Energia potencial gravitacional

Conforme HALLIDAY (2009, p.202), “Energia potencial é a energia associada à configuração de um sistema submetido à ação de uma força conservativa.” A energia potencial está associada a uma força restauradora (tende a puxar um objeto à sua posição inicial quando o objeto é deslocado). Pode ser calculada através da equação (U = mgh), onde:

U = energia potencial;

g = aceleração da gravidade;

h = altura.

Energia mecânica

A soma das energias cinética (K) e potencial (U), resultam na energia mecânica de um sistema. Conforme a equação (Emec = K + U), onde:

Emec = Energia mecânica.

Conservação de energia

Em um sistema isolado a energia conserva-se, a energia mecânica não varia. Conforme representado na equação (K1 + U1 = K2 + U2), se calcular o valor da energia total do sistema e depois que ocorrer uma alteração, calcular novamente, o valor encontrado será o mesmo. “Existe um fato, ou se desejarem, uma lei, que governa todos os fenômenos naturais conhecidos até à data. Não existe nenhuma exceção a esta lei - é exata, tanto quanto sabemos. A lei chama-se Conservação da Energia. Diz que existe uma certa quantidade, a que chamamos energia, que não muda com as alterações ao espaço que a natureza realiza.” (Richard Feynman, 1963)

Sistema isolado

O sistema isolado é um sistema no qual nenhuma força externa produz variações de energia, ou seja, a energia se conserva. Não existe nenhum sistema prático conhecido que satisfaça com absoluta precisão estas condições, mas, na prática, consegue-se muito boas aproximações para os mesmos

Corpo rígido

Corpo