Relatório de aula prática ENERGIA MECANICA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA 
CURSO DE FÍSICA LICENCIATURA 
FSC 1024 – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL I 
TURMA 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONSERVAÇÃO DE ENERGIA MECÂNICA 
E FORÇA DE ATRITO 
Relatório de aula prática 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Discente: Allana Silveira 
Docente: Rogério Jose Baierle 
 
 
 
 
 
 
 
 
Santa Maria, 05 de julho de 2022 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO E OBJETIVO 
 
O objetivo deste experimento é mostrar a transformação da Energia Potencial Gravitacional em 
Energia Cinética, ilustrando a Conservação da Energia Mecânica. Caso não haja a conservação da energia 
mecânica será explicitada a força de atrito. 
 
2. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO 
Lei de Conservação da Energia 
“Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.” 
 
Conservação de energia mecânica é um princípio da física, que afirma que toda a energia de um sistema 
isolado (sem forças dissipativas, por exemplo, o atrito) permanece constante. Nesse caso conservação refere-se a algo 
que não muda, sistema é o título que damos a um conjunto de objetos que escolhemos para condizer com nossas 
equações. De maneira simples, pode-se dizer que a energia pode ser transformada de uma forma para outra e 
transferida de um objeto para o outro, mas a quantidade total é sempre a mesma. 
A energia mecânica é a soma da energia cinética e da energia potencial de um sistema. 
 
• Energia cinética 
Energia cinética é o tipo de energia que está relacionada ao estado de movimento, qualquer objeto que porte 
velocidade a possui. É uma grandeza escalar e sua unidade no S.I (sistema internacional de unidades) é o 
Joule (J). 
𝐾 =
𝑚𝑣2
2
 (1) 
𝑂𝑛𝑑𝑒: 
𝐾 →  𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 
𝑚 →  𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 (𝐾𝑔) 
𝑣 →  𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒  (
𝑚
𝑠
)   
A partir disso, deduz-se que se duplicarmos a massa de um corpo, mantendo sua velocidade, a sua energia cinética 
também irá duplicar. Contudo, a velocidade está elevada ao quadrado, então se o seu valor duplicar e sua massa 
permanecer constante, a energia cinética será quadruplicada. 
• Teorema da energia cinética 
O trabalho da força resultante sobre um corpo terá uma relação direta com a variação da energia cinética. 
O responsável por estabelecer esta relação é o chamado Teorema da Energia Cinética e ele está determinado na 
seguinte equação: 
𝑊 = ∆𝐸𝑐 (2) 
𝑊 →  𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 𝑑𝑎 𝑓𝑜𝑟ç𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙 tan 𝑡 𝑒 
∆𝐸𝑐 →  𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 
 
 
 
 
 
 
• Energia potencial 
É a energia que está armazenada em um corpo ou sistema fechado e que pode ser utilizada a qualquer 
momento para realizar trabalho, ou seja, é a energia que está pronta para ser transformada em outras formas 
de energia. Não há sentido em tratarmos de energia potencial sem estabelecermos um referencial no qual ela 
será nula. Quando a energia potencial de um corpo aumenta ou diminui em módulo sob a ação de forças 
conservativas, dizemos que essas forças realizaram trabalho sobre ele. 
A energia pode ser transferida de um corpo para outro através da aplicação de uma força, o trabalho mede 
quanto de energia pode ser transferida por uma força de acordo com uma determinada distância de deslocamento. 
A energia potencial pode ser transformada em outras formas de energia, como a energia potencial gravitacional e a 
energia potencial elástica, nesta aula trabalhamos apenas com a conversão da primeira forma. 
 
• Energia potencial gravitacional 
A energia potencial gravitacional é a energia acumulada em um objeto situado a uma certa altura em um determinado 
referencial, é a energia que o corpo possui devido a atração gravitacional da Terra. A unidade da energia potencial 
gravitacional no Sistema Internacional é J (joule). 
𝑈𝑔 = 𝑚.𝑔. ℎ (3) 
𝑂𝑛𝑑𝑒: 
𝑚 →  𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 (𝐾𝑔) 
𝑔 →  𝑓𝑜𝑟ç𝑎 𝑑𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 (
𝑚
𝑠2
) 
ℎ →  𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑚) 
 
• Força de atrito 
Força que surge contrária ao movimento, dificultando a movimentação, pode ser estático para corpos em repouso ou 
dinâmico para corpos em movimento, neste experimento dispomos do atrito dinâmico. O atrito transforma a energia 
mecânica em uma forma menos eficiente de energia. A unidade da força de atrito no Sistema Internacional é o N 
(Newton). 
𝐹 = 𝜇𝑘.  𝑁 (4) 
𝑂𝑛𝑑𝑒: 
𝐹 →  𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑖𝑡𝑜 
𝜇𝑘 →  𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑖𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑛â𝑚𝑖𝑐𝑜 
𝑁 →  𝑓𝑜𝑟ç𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Força normal 
A força normal é perpendicular a superfície, oposta a força peso, mesmo módulo e sentido contrário, mas não forma 
par ação-reação. A Terceira lei de Newton diz que a ação e a reação são forças aplicadas em corpos diferentes. O 
peso é o resultado da atração gravitacional sofrida pelo objeto em relação à Terra, e a normal é uma força feita pela 
superfície também sobre o objeto. 
𝑁 = 𝑃 = 𝑚.  𝑔 (5) 
𝑁 →  𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 (𝑁) 
𝑃 →  𝑃𝑒𝑠𝑜 (𝑁) 
𝑚 →  𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 (𝐾𝑔) 
𝑔 →  𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒  (
𝑚
𝑠2
) 
 
• Trabalho 
Transferência de energia para um corpo ou um sistema em razão da ação de uma força. O trabalho 
exercido por uma força produz a variação na energia cinética do sistema. O trabalho é uma grandeza 
escalar, fica definido com um valor numérico e unidade. 
𝑊 = 𝐹.  𝑑.   cos  Θ (6) 
𝑂𝑛𝑑𝑒: 
𝑊 →  𝑇𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 (𝐽) 
𝐹 →  𝐹𝑜𝑟ç𝑎 (𝑁) 
𝑑 →  𝐷𝑒𝑠𝑙𝑜𝑐𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑚) 
 
3. DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL 
Equipamentos utilizados: 
- Trilho de ar inclinado; 
- Carrinho; 
- Cronômetros eletrônicos; 
- Fotocélula; 
- Régua milimetrada. 
 
 
Alguns dados medidos e utilizados no decorrer do experimento: 
Massa do carrinho de ar= 0, 22177 Kg 
Distância entre as fotocélulas= 0, 04 m 
Deslocamento no trilho= 0, 82 m 
Θ = 180° 
 
 
 
 
Inicia-se o experimento em um trilho de ar inclinado com um ”carrinho” que parte com velocidade inicial 
nula, em cada linha da Tabela 1 estão explicitadas as medições para cada altura adicional. No decorrer foram 
utilizadas as formulas correspondentes para cada dado buscado, afim de provar a conservação de energia. 
 
Na tabela seguinte constam os dados que foram obtidos durante o experimento: 
 
Medida h (cm) ∆ t (s) V (m/s) Ug (J) K (J) ∆ E (J) 𝜇𝑘  Fat (N) Wat (J) 
 
1 2, 5 0, 064 0, 625 0, 052 0, 0433 -0, 0087 0, 0098 0, 0213 0, 0175 
2 5, 3 0, 093 0, 930 0, 115 0, 0959 -0, 0191 0, 0107 0, 0232 0, 0190 
3 6, 5 0, 039 1, 025 0, 141 0, 1164 -0, 0246 0, 0137 0, 0298 0, 0244 
4 8 0, 036 1, 111 0, 174 0, 1368 -0, 0372 0, 0208 0, 0452 0, 0371 
5 9, 2 0, 033 1, 212 0, 200 0, 1628 -0, 0372 0, 0208 0, 0452 0, 0371 
 (Tabela 1) 
- Coluna 2 e 3: Altura (h) foi medida com a régua milimetrada e o tempo (∆𝑡 ) com a ajuda de um 
cronometro eletrônico. 
- Coluna 4: Desenvolveu-se o cálculo da velocidade, pela fórmula (eq. 4), como a distância entre as 
fotocélulas é curta (0, 04 m), admite-se o cálculo da velocidade instantânea. 
- Coluna 5: Cálculo da energia potencial gravitacional, fórmula (eq. 3). 
- Coluna 6: Variação de energia cinética, fórmula (eq. 1). 
- Coluna 7: Em seguimento, consideramos a energia mecânica. Quando dizemos que a energia mecânica é 
conservada, isso significa que a soma da energia cinética com a energia potencial é igual em todos os instantes e em 
qualquer posição. Observando na tabela é possível dizer que ocorre a alteração da energia mecânica, isso acontece em 
virtude de forças dissipativas. 
- Coluna 8: Como não houve a conservação de energia, temos o coeficiente de atrito pelo Teorema da energia cinética 
(eq. 2). 
- Coluna 9: O coeficiente de atrito dinâmico (𝜇𝑘 ) calculado através do Teorema da energia cinética (eq. 2) 
- Coluna 10: Força de atrito (eq.4) 
- Coluna 11: Trabalho da força de atrito (eq. 6) 
 
4. CONCLUSÃO 
Como o sistema não é totalmente isolado mesmo que as forças dissipativas sejam fracasa energia 
acaba por não se conservar. 
 
 
	Lei de Conservação da Energia