Energia mecânica

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PUC Minas 
Departamento de Física e Química – ICEI 
Laboratório de Física 
 
ENERGIA MECÂNICA 
1. INTRODUÇÃO 
Um objeto em movimento possui energia de movimento ou energia cinética definida como 
𝐸𝑐 =
1
2
𝑚𝑣2 (1) 
em que m é a massa do objeto e v o módulo da sua velocidade. 
 A energia potencial é uma energia que fica armazenada no sistema, dependendo das posições relativas 
dos objetos. A energia potencial gravitacional é um exemplo desse tipo de energia, associada à força 
gravitacional. Assim, ao erguer um objeto a uma altura h, contra a força da gravidade, e mantê-lo nesta 
posição, a energia potencial gravitacional armazenada no sistema é dada por 
𝐸𝑝 = 𝑚𝑔ℎ (2) 
em que m é a massa do objeto e g é a aceleração da gravidade. 
 A energia mecânica é a soma das energias cinética e potencial, 
𝐸 = 𝐸𝑐 + 𝐸𝑝 (3) 
Em geral, a energia mecânica se apresenta na forma de energia potencial e cinética, mas dependendo das 
condições, esta pode se alternar entre apenas energia cinética ou apenas energia potencial. 
 De acordo com o princípio de conservação da energia, se apenas forças conservativas atuarem sobre 
um objeto, a energia mecânica do sistema se conserva, ou seja, é uma constante de movimento. 
 
2. ATIVIDADE 
Objetivos: Verificar o princípio de conservação de energia. Compreender as transformações de energia que 
ocorrem durante o movimento. 
Link da simulação: https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-
basics_pt_BR.html 
Esta é uma simulação do movimento de um skatista em uma trajetória curva. As forças que atuam no 
skatista são a força da gravidade e força normal da superfície. O movimento pode ser iniciado a partir do 
repouso (velocidade inicial = 0) de uma altura h. A simulação mostrará o movimento resultante do objeto em 
uma situação em que não há atrito. No gráfico da energia, representado na simulação, é possível observar as 
mudanças nas energia cinética e potencial gravitacional do skatista ao se movimentar sobre a pista. 
 
https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-basics_pt_BR.html
https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-basics_pt_BR.html
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PROCEDIMENTOS: 
1) Abra a simulação e escolha a opção “Intro”, como mostra a figura 1. 
 
 
Figura 1. Tela da simulação inicial “Energia na pista de skate” do PhET. 
Na figura 2 é possível observar a tela onde será realizada a simulação do movimento de um skatista sobre 
uma rampa curva. 
 
Figura 2. Tela da simulação “Energia na pista de skate” do PhET 
 
2) Marque no menu à direita da simulação as opções: Gráfico de barras, Mostrar grade e Velocidade. Ajuste a 
massa para qualquer valor. 
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3) Posicione o skatista (basta clicar sobre ele e arrastar na tela) na posição h = 6 m (use o ponto vermelho na 
base do skate como referência). Observe o seu movimento e pare-o exatamente quando ele atingir a posição 
inicial, como mostrado na figura 3. 
 
Figura 3. Tela da simulação “Energia na pista de skate” do PhET mostrando a posição inicial do 
movimento. 
4) De acordo com as condições do item 3, responda: Quais os tipos de energia marcados no gráfico? Justifique 
sua resposta baseando-se na posição do skatista. Quais fatores dão suporte à sua resposta? 
5) Para hinicial = 6 m, meça com uma régua sobre a tela do computador o tamanho da barra que representa a 
energia potencial gravitacional no gráfico. Use a seguinte conversão: 1 cm = 1000 J e anote este valor na tabela 
1. Repita esse procedimento para os valores de hinicial representados na tabela 1. 
hinicial (m) 0 1 2 3 4 5 6 
Epmax (J) 
Tabela 1. Valores da energia potencial gravitacional máxima em função da altura inicial 
 
6) Para hinicial = 6 m, pause a simulação para vários valores de h (valores sugeridos na tabela 2) e meça com 
uma régua sobre a tela do computador o tamanho da barra que representa a energia potencial gravitacional 
e a energia cinética no gráfico. Use a conversão: 1 cm = 1000 J e anote estes valores na tabela 2. 
 
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h (m) 0 1 2 3 4 5 6 
Ep (J) 
Ec (J) 
E (J) 
Tabela 2. Valores da energia potencial gravitacional e energia cinética em função da altura 
 
ANÁLISE: 
1. Construa o gráfico Ep em função de h, com auxílio do programa Scidavis. O resultado obtido está de 
acordo com o que você esperava? Justifique. 
2. Com base na análise do gráfico anterior obtenha a massa do conjunto “rapaz e skate”. Explique seu 
raciocínio. 
3. Observando o movimento do skatista para uma determinada altura inicial, explique em que ponto (s) 
a velocidade é máxima. Descreva os fatores que justificam suas observações. 
4. Com os dados da tabela 2, construa em um mesmo gráfico Ep e Ec em função de h, com auxílio do 
programa Scidavis. Descreva o que foi obtido. Está de acordo com o que você esperava? Justifique por 
meio da análise do movimento do skatista na rampa. 
5. Preencha a tabela 2 com os valores da energia mecânica E. Qual a sua conclusão? 
6. Com os valores obtidos na tabela 1 é possível calibrar o marcador de velocidade. Encontre a velocidade 
máxima para hinicial = 6 m e determine quanto vale cada “traço” do medidor de velocidade. 
7. Mude a altura inicial do skatista, observe o movimento subsequente e verifique se a velocidade lida no 
ponto de máximo é coerente com o valor calculado. 
 
REFERÊNCIAS 
SERWAY, R. A.; JEWETT, J. W. Jr. Princípios de física: mecânica clássica. São Paulo: Editora Cengage 
Learning, 2008. 
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