Energia E Conservação

Laboratório 7 de Física - conservação da energia mecânica

Turma PD

Carlos Dimas Zangrandi Zago – matrícula 30755

Guilherme Botelho Rosler – matrícula 28607

João Victor Passos Neves Gomes – matrícula 31606

Resumo. A conservação da energia mecânica e suas transformações ao longo de um determinado circuito podem ser muito perceptíveis, através do experimento realizado em sala, onde se observou a energia potencial elástica, potencial gravitacional e cinética. Com o auxílio de programas pode-se obter resultados satisfatórios aumentando a compreensão

________________________________________

1. INTRODUÇÃO

É de extrema facilidade observar o movimento rotacional em nosso dia a dia, tanto em coisas simples como o abrir de uma porta, que rotacional em um eixo engastado como em coisas mais complexas como no funcionamento do motor de um carro.

A energia surgia com a simples ideia de ajudar a solucionar problemas mais complexos relacionados à força, questionado desde a época de Isaac Newton. Durante nosso dia a dia pode-se perceber que a energia e sua conservação está presente praticamente em tudo.

Alguns problemas que, em teoria, poderiam ser resolvidas com as leis de Newton, na prática, são muito difíceis de solucionar, mas podem se tornar muito mais fáceis com um enfoque diferente (SERWAY, RAYMOND A. & JR. JEWETT, John W., 2007).

No experimento foi analisado o movimento harmônico simples, suas funções matemáticas, a energia que aparece em forma energia cinética, potencial elástica, potencial gravitacional. Além disso da possível formação de um sistema ideal, para observar a conservação e mudança da energia mecânica.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

O item 2 deve constar a descrição detalhada dos materiais utilizados na experiência, bem como os instrumentos de medida. Igualmente importante é a descrição detalhada do experimento e da metodologia e procedimentos utilizados. Nesta parte deverão estar as tabelas de dados obtidos e a análise direta dos resultados.

2.1 Materiais

Para o experimento foi montado um disco com um eixo, no qual o mesmo rodou em torno, um suporte para segurar o eixo em pé, para que ele conseguisse rotacionar. Na extremidade voltada para a mesa foi colocado também um fio preso a uma massa de 11 gramas que passava por uma roldana e ficava pendurada. trilho com inclinação de 30º, de forma a reduzir o atrito era dotado de saídas de ar. O trilho media aproximadamente um metro, com precisão de um milímetro. Nas extremidades do trilho inclinado foram fixadas molas com coeficiente elástico de

7,195 N/m calculados durante o experimento.

Preso de maneira equidistante dos apoios das molas havia um carrinho, com uma moeda amarela para melhor visualização do programa utilizado para análises posteriores. Uma balança eletrônica foi usada para medir a massa do carro, com precisão de 0,1 gramas e fundo de escala 5100 gramas.

2.2 Modelo Metodológico

Os dados serão obtidos através de um sensor que irá captar o numero de rotações e a velocidade de rotação do disco que está junto do eixo.......uma câmera de vídeo que será fixada de forma a poder filmar todo o experimento. Após filmar 6 oscilações, quantidade amostral definida previamente, o vídeo será descarregado no computador e a partir do mesmo analisado no programa Tracker serão obtidas tabelas de deslocamento nos eixos x e y, e velocidades em x e y também.

As tabelas serão importadas para o programa SciDaVis com o propósito de criar gráficos que descrevam o movimento harmônico e assim poderemos calcular a constante elástica das molas, que será usada para compor as fórmulas necessárias que gerarão as tabelas de Energia potencial gravitacional, potencial elástica, cinética e por fim a mecânica total. Se o sistema criado fosse ideal, com ausência total de forças externas o gráfico de energia mecânica seria uma reta sem imperfeições ou curvas.

No experimento o atrito, a análise do vídeo por meio do Tracker ou até mesmo a mola pode influenciar nos resultados. O atrito pode reduzir a velocidade, dissipando energia na forma de calor. O programa pode não marcar corretamente todas as frames do vídeo, causando uma variação de resultados e a mola posta de maneira errônea pode gerar torque que atrapalhará na obtenção dos resultados.

Algumas equações para obter as energias foram utilizadas, como as seguintes:

Energia potencial elástica:

ε_pe=(1 )/2 k_e 〖(x-l_o)〗^2

Energia potencial gravitacional:

ε_pg=M_c.g.(y-y_o+B)

Energia Cinética:

ε_c=(1 )/2 M_c 〖(〖v_x〗^2+v_y〗^2)

Energia Mecânica:

ε_mt= ε_c+ε_pg+ε_pe

Nas fórmulas apresentadas pode se perceber que algumas grandezas irão variar, como a altura, distensão da mola e velocidade do carrinho. Sendo assim o programa irá se basear nas colunas de dados de cada variável.

Os gráficos serão feitos a partir das fórmulas acima, no programa SciDaVis e deste modo será obtido diferentes valores de energia para cada tempo respectivo, e sendo assim será observado a conservação da energia de modo geral.

Quando for plotado o gráfico da Energia mecânica total, o gráfico deverá ser linear, para mostrar a conservação. Caso a energia se dissipe de alguma forma citada anteriormente, por forças externas talvez, a energia no sistema não será mantida.

2.3 Obtenção dos Dados

Os dados foram obtidos no laboratório de física, no Instituto de Ciências Exatas da UNIFEI, campus Itajubá, no dia vinte e um de outubro. No laboratório, os dados foram obtidos em grupo seguindo todos os procedimentos descritos na proposta de experiência.

Os dados foram válidos