experimento 6

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Habilidades e competências.
Ao término desta atividade o aluno deverá ter competência para 
Calcular o trabalho realizado por uma força ao distender uma mola helicoidal; 
Analisar corretamente as trocas de ou num corpo que oscila numa mola helicoidal, em torno de sua posição de equilíbrio.
Material necessário.
Sistema de sustentação principal formado por tripé triangular com 
Escala linear milimetrada, com escala angular de 0 a 120 graus com divisão de um grau, haste principal e sapatas niveladoras amortecedoras; painel em aço com quatro graus de liberdade;
 03 molas helicoidais com K = 20 gf/cm;
01 conjunto de 3 massas acopláveis de 50 g;
 01 gancho lastro.
Fundamentos teóricos.
Nesta atividade, conhecendo a lei de Hooke, você analisará as trocas de energia que ocorrem = num sistema massa-mola, quando uma mola é
distendida e posta ao oscilar com uma carga presa a ela,
Lembre que o trabalho realizado por uma força constante que provoca um deslocamento x é dada pela expressão:
W = F x cos C. onde;
w = trabalho realizado pelo agente que aplicou a F.
F = módulo da força aplicada,
X= módulo do deslocamento sofrido sob a ação de F.
α = ângulo entre a força F e o deslocamento X.
Nesta atividade, como o ângulo αserá 0° e cos 0° = 1, a expressão se reduzirá para:
W = F x
Observação: o joule (J) é a unidade do trabalho no SI.
Quando a força atuar no sentido do deslocamento, o trabalho será positivo, se for contrária, o trabalho será negativo.
 Para uma força F qualquer, aplicada a um corpo que sob sua ação se desloca de x, a área do gráfico F versus X representa o trabalho realizado pelo agente externo que aplicou a força.
Isto se verifica para qualquer força, mesmo para as mais complicadas. A área delimitada pelo gráfico F contra X representa o trabalho realizado pelo agente que aplicou a força. (Figura 1)
4. Montagem:
Monte o equipamento conforme a Figura 2.
5. Andamento das atividades. 
5.1. Considerando o gráfico obtido na atividade 1032.052, observe que a força representada é uma força que aumenta à medida que x cresce.
5.2. Qual o significado físico da área do gráfico da
força restauradora da mola em função da elongação (F versus X)?
R: A área do gráfico corresponde ao trabalho versus a força elástica da mola.
5.3 Como a área de um triângulo hachurado (Figuro 4) é dada pela expressão:
A = (b h) / 2, onde:
A = área 
b = base 
h = altura
Calcule o trabalho realizado por uma força variável F para deslocar o corpo da posição ou a posição final x.
R: A formula para calcular o trabalho é dada por W = (F*X)/2.
5.4. Observe na Figura 4, que:
b = x, 
h = F = K x 
Área = w = F x.
Mostre que o trabalho realizado por uma força F ao distender uma mola de um valor x é do tipo:
W = (1/2) K x²
O trabalho realizado sobre um sistema significa introduzir neste sistema ou retirar dele um certo tipo de energia,
A energia potencial elástica armazenada numa mola distendida ou comprimida. 
Numa mola distendida e presa numa posição x se acumula energia potencial elástico EP:
A energia cinética (energia de movimento) numa mola solta, Inicialmente distendida ou comprimida.
No caso da a mola distendida ou comprimida ser liberada (solta), essa energia potencial Ep. Só transformará em energia cinética (energia de movimento) Ec.
5.5 Coloque o gancho lastro suspenso numa das molas cuja constante de elasticidade já tenha sido determinada.
Anote o respectivo valor da constante K da
mola:
 K = 15N/m
Determine a posição inicial X0 ocupada pela parte inferior do lastro, 
X0 = 0,037m.
Este X0 será o nosso nível de referência ao momento.
5-6. Determine a elongação x sofrida pela mola ao adicionarmos uma carga de 0,5 N. 
R: F = K*X= 0,5N logo 15*x= 0,5 .....x=0,033m.
5.7. Com a elongação acima, calcule o trabalho W realizado pela F = 0, 5 N para alongar a mola.
R: W = F*X /2 = 0,5*0,033/2 = 0,008332N*m
 5.8. Observe que a força peso é aplicado pelo campo
gravitacional terrestre logo, o trabalho para deslocar a mola também foi realizado pelo campo gravitacional terrestre.
Para realizar este trabalho houve necessidade de transitar energia pelo sistema. De onde veio a energia necessária para a realização deste trabalho?
R: Energia Potencial
Qual o valor desta energia?
R: Ep= K*X²/2= 15*x0,033² = 0,00833J.
5.9. Como energia não pode ser gerada nem destruída, onde ficou armazenada a energia que foi necessária para distender a mola?
R: esta energia ficou armazenada na mola.
Esta energia recebe o nome de energia potencia elástica Ep.
Adicione mais duas massas no sistema e calcule a energia potencial elástica Ep, armazenada na mola, considerando sua deformação a partir da posição inicial X0.
2 massas = 0,05004 + 0,04999 = 0,09998 Kg
 X0 = 0,037m e Xfinal = 0,102m
Ep = K*X²/2 = (15*0,102-0,037)² = 0,031687J
A energia potencial elástica Ep, armazenada na mola, pode realizar trabalho a qualquer momento, bastando apenas remover o agente externo que a impede.
Desconsidere energia potencial elástica inicial armazenada na mola e anote a nova posição de equilíbrio como uma novo posição inicial X0,1:
X0,1= 0,102m.
5.10.Puxe as massas suspensas com velocidade constante,10mm abaixo do ponto de equilíbrio X0,1.
Determine a quantidade de energia necessária (trabalho) para deslocar as massas de X0,1 até a nova posição X0,2.
R: W= (K * X² /2) = 0,00075 N*m
5.1.1. Qual o valor do depósito energético que você fez na Imola para estica-la a partir do X0,1 até a nova posição X0,2.
R: 0,00075 J.
5.12. Solte as massas (carga) a partir do ponto X0,2.
O que você observa quando carga atinge o ponto de equilíbrio?
R: ela passa por esse ponto em seguida volta a passar por ele, oscilando nesse ponto.
Qual o valor da energia potencial elástica no instante que o carga passa pelo
ponto X0,1?
R: 0 
5.1.3. Se a energia não pode se destruída, como você explica o fato do corpo continuar subindo acima de X0,1, ponto em que a mola não fica esticada (ponto central)?
R: porque foi convertida em energia cinética. Sendo que no ponto que a energia potencial é igual a zero a energia cinética é máxima.
5.1.4. Esta modalidade de energia que o corpo possui no passar pelo ponto X0,1, onde o mola deixa de ficar comprimida (não ficando esticada ou comprimida, significa que não há mais energia potencia elástica armazenada) é chamada de energia cinética Ec.
A energia cinética (Ec) é uma modalidade de energia que depende do movimento, portanto, todo o corpo em movimento possui energia cinética.
Utilizando o princípio da conservação da
energia mecânica num sistema cargo mola Helicoidal.
5.15. Pelo princípio da conservação da energia mecânica, quanto vale a energia cinética Ec no ponto X0,1 (ponto central)? Justifique o sua resposta.
R: No ponto central a energia potencial elástica é totalmento convertida em cinética, logo toda energia é transformada nessa forma, com o valor de 0,00075J.
5.16, o que acontece com o móvel (carga suspensa na mola) quando ele chega ao ponto mais alto de sua trajetória?
R: Ele perde toda a energia cinética que se transforma em energia potencial elástica
Qual o valor da energia cinética Ec, do móvel, no ponto mais alto da sua trajetória?
R: 0.
5.17. Que tipo de energia possui a mola nos pontos extremos de usa trajetória? (Lembre que no extremo inferior ela está esticada e no extremo superior ela está comprimida).
Quanto valem, neste experimento, as energias potenciais nos extremos da trajetória?
R: 0,00075J.
Quanto deve valer a soma da energia potencial e cinética? ( Ep + Ec) em qualquer ponto da trajetória? Justifique a sua resposta.
R: 0,00075J, porque esta soma configura a energia mecânica que está em um sistema conservativo a qual não há perda de energia para o meio exterior, conservando o seu valor contante.
5,19. Qual a expressão matemáticaque relaciona a energia cinética e a energia potencial deste experimento (Identifique cada termo da mesma).
R: Ec inicial + Ep inicial = Ec final + Ep final
Saiba que a resposta acima é conhecida como princípio da conservação da energia mecânica.
5.20. Calcule os valores da energia potencial elástica e da energia cinética do móvel, na posição X = - 4mm, quando abandonado da posição X0,1 = - 10mm.
R: posição - 10mm
Ep = K * X² /2) = 15*(- 0,01)²/2 = 0,00075J
Ec = 0J (o corpo foi abandonado desta posição)
Em = Ec + Ep --˃ 0,00075 +0 = 0J
posição - 4mm
Ep = K * X² /2) = 15*(- 0,004)²/2 = 0,00012J
Em = 0,00075J
Em = Ec + Ep --˃ 0,00075 = Ec+0,00012 --˃ Ec = 0,00075 - 0,00012 = 0,00063J
5. 21. Determine a velocidade do móvel neste Instante em que cruza pela posição X = - 4mm.
R: Ec = m* V²/2
0,0063 = 0,15691*V²/2
V² = 0,0083
V= 0,089610 m/s.