Conservação de Energia Mecância

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EXPERIMENTO: Conservação de energia mecânica 
DATA DA REALIZAÇÃO: 18/01/2019
Nomes dos alunos: Aurélio Miguel Valencise Soares, João Victor Farias Sampaio Leal, Júlia Amorim Azevedo Rezende, Klayveth Tiago de Sousa Sá Lima, Lucas Ferro do Lago Veras, Michael Kleber Carvalho Abtibol
1. OBJETIVO
 	Comprovar que a energia mecânica pode ser conservada se não houver qualquer oura força dissipativa.
2. INTRODUÇÃO TEÓRICA 
	A lei ou princípio da conservação de energia, na física, afirma que em um sistema isolado, no qual agem somente forças conservativas não modificando a energia mecânica, a quantidade de energia permanece constante. Apesar de ser possível a transferência de energia entre corpos e a transformação entre tipos de energia, é impossível criar ou gastar a energia.
A energia do planeta terra originasse, principalmente, da radiação solar, desde a energia armazenada nos combustíveis fosseis até a energia química dos vegetais [1]. A energia, na física, representa a capacidade de fazer trabalho, tendo as suas unidades que expressão as grandezas: o Joule (J) no Sistema Internacional de Unidades (SI). 
Já a energia mecânica (Em) é aquela que acontece devido ao movimento dos corpos. Também podemos interpretá-la como a energia que pode ser transferida por meio de uma força. A energia mecânica total de um sistema é a soma da energia cinética (Ec) e da energia protecional (Ep):
					 (1)
	A energia cinética em um objeto é aquela que o mesmo possui devido ao seu movimento, e para adquirir esse movimento é necessário trabalho no objeto. Desse modo, o objeto mantém essa energia a menos que sua velocidade mude. A energia cinética pode ser definida como uma relação entre velocidade (v) e a massa (m):
					 (2)
	Por outro lado, a energia potencial é aquela que pode ser armazenada em um sistema físico e conforme o corpo perde essa energia, ele ganha energia cinética. Essa energia é dividida em energia protecional gravitacional (Epg) e em energia protecional elástica (Epe).
	No que se refere a energia potencial gravitacional, é a energia que corresponde ao trabalho que a força Peso (Fp) realiza, ou seja, a gravidade tendo com influência da altura (h). E é obtido pela seguinte formula: 
	 (3)
	Quando um objeto sofre influência principal só da gravidade, a força resultante (Fr) sobre o mesmo pode ser expressa da seguinte forma:
 		 (4)
	Desse modo, substituindo a equação 4 na equação 3 e obtemos:
 (5)
Podemos estabelecer uma relação entre energia potencial gravitacional e a energia cinética atreves de um exemplo: quando um objeto é abandonado do alto de um prédio, sua velocidade aumento com o decorrer da queda, logicamente a altura em relação ao chão vai diminuindo, dessa forma, a perca de energia potencial gravitacional resulta no ganho de Energia Cinética.
	Já em relação a energia potencial elástica (Epe), corresponde ao trabalho que a força elástica realiza, ou, corresponde a energia potencial de um objeto que possui elasticidade. Pode ser definido como uma relação entre a deformação (x) do objeto, sedo ela contração ou distensão, e a constante elástica, que é a dificuldade em deformar o objeto:
 (6)
	Com a energia potencial gravitacional também podemos estabelecer uma relação com a energia cinética atreves de um exemplo: uma mola na vertical contraída dispara um projétil para o alto, de acordo com a distensão da mola vai havendo perca de energia potencial elástica e resultando no ganho de Energia Cinética.
	Substituindo as equações 6 e 5 na equação 1, obtemos:
 (7) 
 	De acordo com o livro Halliday e Resnic Fundamentos de Física de Jear Walker (2016, p. 436).
“A energia mecânica Emec de um sistema é a soma da energia cinética K com a energia potencial U:
Emec = K + U.
Um sistema isolado é um sistema no qual nenhuma força externa produz mudanças de energia. Se existem apenas forças conservativas em um sistema isolado, a energia mecânica Emec do sistema não pode mudar. Esse princípio de conservação da energia mecânica pode ser expresso por meio da equação K2 + U2 = K1 + U1, na qual os índices se referem a instantes diferentes de um processo de transferência de energia. ” [2]
Usando as relações entre energia potencial e energia mecânica sem qualquer tipo de atrito ou qualquer outra força dissipativa, ocorre a conservação de energia mecânica:
 (8)
 (9)
 (10)
3. MATERIAIS UTILIZADOS
 Imagem 1. Rampa para testes. Imagem 2. Suporte receptor
 
 Fonte: Autores (2019). Fonte: Autores (2019).
 Imagem 3. Projéteis. Imagem 4. Apoio da rampa. 
 
 Fonte: Autores (2019). Fonte: Autores (2019).
 Imagem 5. Régua milimétrica. 
 
 Fonte: Autores (2019). 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
4.1 Foi posicionado a rampa para testes (Imagem 1) no apoio (Imagem 4) e um suporte receptor (Imagem 2).
4.2 Com o auxílio da régua milimétrica (Imagem 5), foi medida a distância da rampa 
4.3 A altura da rampa posicionada no suporte também foi demarcada.
4.4 Um dos projéteis (Imagem 3) foi solto (Já sabendo a massa do mesmo) e foi demarcado a distância causada pela bola no suporte receptor com a régua milimétrica.
4.5 O mesmo processo do 4.4 foi repetido 3 vezes com projéteis de massas diferentes 
4.6 Foi repetido o processo 4.3, 4.4 e 4.5 com alturas e massas diferentes no suporte da rampa.
RESULTADOS: 
	Recolhendo dados temos: 
Tabela 1. Massa dos projéteis
	Massa do projétil 1
	Massa do projétil 2
	Massa do projétil 3
	4 g
	25 g
	66 g
	
Tabela 2. Alturas da rampa apoiada no suporte
	1ª altura
	2ª altura
	3ª altura
	40 mm
	100 mm
	180 mm
Imagem 6. 1ª Altura
Fonte: Autores (2019).
Imagem 7. 2ª Altura
Fonte: Autores (2019).
Imagem 8. 3ª Altura
Fonte: Autores (2019).
Tabela 3. Distancias variadas pelo suporte receptor
	 Massa 
Altura
	4 g 
	25 g
	66 g
	40 mm
	1 mm
	10 mm
	130 mm
	100 mm
	10 mm
	150 mm
	+ 400 mm
	180 mm
	30 mm
	300 mm
	+ 400 mm
	Percebe-se que há um aumento na distância variada pelo suporte de acordo com o aumento da massa e o aumento da altura. Deduzindo que a altura e a massa são diretamente proporcionais a energia produzida.
5. CONCLUSÃO
	Pela observação dos aspectos analisados, entende-se que a energia mecânica, é a energia produzida pelo trabalho de um corpo, que pode ser transferida entre outros corpos, ou seja, é a capacidade de um corpo de realizar trabalho.
	Quando um corpo está a uma determinada altura, ele possui energia potencial gravitacional. A medida que este corpo vai caindo, desprezando a resistência do ar, a energia potencial gravitacional que ele possui no topo da trajetória vai se transformandoem energia cinética, que quando atinge o nível de referência, a energia potencial é totalmente transformada em movimento. Isto pode ser percebido no experimento citado neste trabalho, no momento de queda da esfera através da rampa.
	O que se observa é que, quanto mais alto estiver o sistema de réguas, maior será sua energia potencial e, consequentemente, maior será sua energia cinética. Percebe-se também que o deslocamento do copo ao ser atingido pela esfera varia de acordo com que se altera a massa da esfera e altura da rampa, deduzindo assim, que a altura e a massa são diretamente proporcionais a energia produzida. O deslocamento do copo deve-se a absorção da energia cinética. Vale ressaltar também que a energia cinética é inversamente proporcional a energia potencial.
6. QUESTIONÁRIO
Quanto foi a distância percorrida pelo copo, nas diversas alturas
utilizadas?
	É evidente no experimento que quanto maior a altura e a massa do objeto, maior será a distância.
O que aconteceu quando se trocou a massa do objeto que havia
inicialmente?
	Quando altera as massas dos objetos, maior será a energia potencial gravitacional e a distância percorrida
A energia do movimento se conservou pelos cálculos analíticos?
	Sabendo que a energia cinética inicial é 0 e a energia potencial final é 0 temos e utilizando a formula 9, temos:
 
Desenvolvendo temos:
	Para 1ª altura, temos:
	Para 2ª altura, temos:
	Para 3ª altura, temos:
	Se for desprezado as forças dissipativas, podemos entender que a energia mecânica no início do trajeto é a mesma no final do trajeto.
7. REFERÊNCA 
[1]- GOUVEIA, Rousimar. "Conservação da energia cinética”. Todamatéria. Disponível em <https://www.todamateria.com.br/energia/>. Acesso em 17 de Janeiro de 2019. 
[2]- HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. "Fundamentos de física". 10ª ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2016 vol. 1.