Relatório - Energia Potencial Gravitacional e Energia Potencial Elástica

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LABORATÓRIO DE FÍSICA 
PRÁTICA 4: ENERGIA POTENCIAL GRAVITACIONAL E ELÁSTICA 
 
NOME MATRÍCULA 
CURSO TURMA 
PROFESSOR DATA 
 
1 OBJETIVOS 
 
- Fazer um comparativo entre as trocas energéticas existentes num movimento de um corpo em 
oscilação. 
- Verificar a existência da força elástica e da força peso. 
- Compreender o conceito de conservação de energia. 
 
 
2 MATERIAL 
 
- Base de suporte, regulável. 
- 1 Varinha de suporte, aço 18/8, l = 600 mm, d = 10 mm. 
- 2 Grampos. 
- 1 Porta-massas para pesos com ranhura, 10 g. 
- 3 Massas de cor preta, com ranhura, 10 g. 
- 1 Mola Helicoidal, 3 N/m. 
- 1 Dinamômetro, Transparente, 2N. 
- 1 Pino de Suporte. 
- 1 Chapa com escala. 
- 1 Fita métrica, l = 2,0 m. 
- 1 Porta-tubos de vidro. 
 
 
3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
 
Nesta prática estudamos as transformações energéticas existentes no movimento oscilatório 
de uma massa pendurada por uma mola. A partir do momento em que abandonamos a massa na 
posição 0, a situação da mesma variará em cada instante. Para a determinar, podemos medir a 
distância que há entre "m" e a posição de equilíbrio E. Esta distância é chamada elongação. 
Naturalmente será medida em m, mm. 
 
Temos que definir também os dois tipos básicos de energia potencial utilizados na prática. 
 
Energia potencial é a energia que está armazenada em um corpo ou sistema 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. Sabemos que existem vários tipos de energia, sendo as 
que mais daremos destaque: Energia potencial gravitacional e a Energia potencial elástica. 
 
Energia potencial gravitacional: trata-se de uma energia associada ao estado de separação 
entre dois objetos que se atraem mutuamente através da força gravitacional. Dessa forma, quando 
elevamos um corpo de massa m a certa altura h estamos transferindo energia para o corpo na forma 
de trabalho. O corpo acumula energia e a transforma em energia cinética quando o soltamos, 
voltando a sua posição inicial. 
 
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Energia potencial elástica: é uma forma de energia mecânica que está armazenada numa 
mola deformada ou num elástico esticado. Por isso pode ser considerada uma forma de energia 
lenta, mas que pode ser transformada em energia de movimento. 
 
 
 
Essas duas energias podem ser calculadas respectivamente por: 
Wh  mgh (1.1) 
 
WS 
ks
2
 
2 
 
(1.2) 
 
 
Onde: 
 Wh = energia potencial gravitacional – dada em joule (J) 
m = massa –dada em quilograma (kg) 
g = aceleração gravitacional – dada em metros por segundo ao quadrado (m/s2) 
h = altura – dada em metros (m) - em relação à um nível horizontal de referência) 
Ws = energia potencial elástica – dada em joule (J) 
k = é a constante elástica da mola (N/m) 
s = é a elongação da mola (m) 
 
 
 
 
 
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Figura 1 Figura 2 Figura 3 
 
 
 
 
4 PROCEDIMENTO 
 
1. Experiência preliminar 1 – Observe qual é a força necessária para elevar uma massa e a força 
necessária para esticar uma mola helicoidal. 
1.1 – Levante uma massa de 40 g com o dinamômetro e observe a sua indicação. 
1.2 – Fixe a mola helicoidal o mais alto possível na haste suporte. 
1.3 – Puxe, com o dinamômetro, a mola para baixo e observe a indicação para diferentes 
elongações. 
Anotações 
 
 
2. Experiência preliminar 2 – Prenda uma massa a uma mola helicoidal e deixe-a “cair”. Observe 
o movimento e descreva-o utilizando o conceito de energia. 
2.1 – Prenda uma massa de 40 g à mola helicoidal e deixe-a “cair”. Observe o que ocorre. 
2.2 – Baixe o ponto de suspensão da mola até que a massa toque na mesa no ponto inferior de 
inversão da oscilação. 
2.3 – Prenda a massa no momento em que ela toca na mesa, solte-a, em seguida, e observe como 
continua o movimento. 
Anotações 
 
 
3. Experiência principal – Determine a energia contida numa mola tensionada utilizando o 
princípio da conservação de energia. 
3.1 – Prenda o porta-peso (m = 10 g) à mola helicoidal e determine a elongação ∆l da mola (Fig.1). 
3.2 – Aumente a massa de 10 g em 10 g até um máximo de 40 g, e meça, para cada massa, a 
elongação ∆l. 
3.3 – Anote os valores de Δl na Tabela 1 na página de resultados. 
3.4 – Calcule as alturas h a partir de h = 2 × Δl e anote os valores também na tabela 1. 
3.5 – Coloque a placa na manga universal inferior, e à altura h obtida para m=10 g (Fig. 2). 
3.6 – Eleve a massa m=10 g (porta-peso) com o dinamômetro até a placa, e leia a força peso Fg 
enquanto estiver subindo. Anotar os valores na Tabela 1 da Página de resultados. 
3.7 – Desloque o ponto de suspensão da mola de maneira a que o gancho inferior se encontre 
justamente à altura do gancho do porta-peso (Fig. 2). 
2 
3.8 – Prenda o porta-peso (m=10 g) na mola e deixe-o “cair”. Observe o movimento (Fig. 3) 
3.9 – Repita a experiência (3 vezes) da mesma maneira para as massas de 20, 30 e 40 g. 
3.10 – Calcule o trabalho de elevação Wh, a partir dos valores para h, m e Fg, e anote o resultado na 
tabela 1 na página de resultados. 
3.11 – Anote as elongações s=h e a energia elástica da mola Ws=Wh dentro da tabela 2 na página de 
resultados. 
3.12 – Calcule o fator C, a partir do valor da energia elástica da mola, dividindo o valor mais alto, 
pelo valor para 10 g, ou seja, Ws (20 g) por Ws (10 g) etc. Anote os valores de C na tabela 2. O que 
você observa nestes valores 
3.13 – Coloque os valores de Ws em função de s num diagrama (gráfico anexo). Qual é a curva que 
você obtém depois de ter ligado os pontos? 
Anotações 
 
 
Tabela 1 – Dados numéricos obtidos na prática para o cálculo do trabalho realizado pela força peso 
(Wh). 
Massa (g) Δl (cm) h (cm) Fg (N) Wh (N.cm) 
10 3,2 6,4 0,1 0,64 
20 6,4 12,8 0,2 2,56 
30 9,6 19,2 0,3 5,94 
40 12,8 25,6 0,4 10,24 
 
Tabela 2 – Dados numéricos obtidos na prática para o cálculo do trabalho realizado pela força 
elástica (Ws). 
Massa (g) s (cm) Ws (N.cm) Fator C 
10 6,4 0,64 1 
20 12,8 2,56 4 
30 19,2 5,94 9,28 
40 25,6 10,24 16 
 
 
0
2
4
6
8
10
12
6,4 12,8 19,2 25,6
W
s(
N
;c
m
)
s(cm)
Gráfico
3 
5 QUESTIONÁRIO 
 
1. Qual é a diferença de indicação do dinamômetro ao elevar uma massa ou ao esticar uma mola? 
 
Resposta: A diferença é quando se aumenta ou diminui o peso, pois quando maior a massa mais esticada 
a mola helicoidal ficara, logo será menor o peso indicado no dinamômetro 
 
2. Uma massa m a uma altura h possui de uma energia potencial Wp, que corresponde ao trabalho 
de elevação Wh realizado. Se deixar “cair” esta massa suspensa por uma mola, a energia potencial 
se transforma novamente. Que movimento, na experiência preliminar 2, você deve fazer para que se 
perceba esta transformação? 
 Resposta: O cálculo da altura obtemos com a seguinte formula: 
h= 2 x ∆l 
e com a fita métrica. Usamos o valor encontrado para saber a que altura a mola ficara sem se 
deformar. Ao soltamos a mola com uma massa de 10g, percebemos que a massa se movimentou até 
próximo à altura 0 (tampo da bancada). 
 
3. Se você mantiver a massa que desce com a mola até seu ponto mais baixo, na superfície da mesa, 
ela deve ter cedido o trabalho de elevação que lhe demos antes. O que acontece se soltar a massa de 
novo? Como pode explicar esse fenômeno? 
 Resposta: Antes de soltarmos a mola, havia sobre a mesma a ação das energias potencial 
gravitacional, potencial elástica e cinética. Após ser solta, passou a ter somente a energia potencial 
elástica. 
 
4. Qual é a relação matemática que se deduz entre s e WS revelado pelas medidas, cálculos e pelo 
gráfico montado nesta prática? 
 Resposta: Como estamos trabalhando na vertical (eixo Y), onde todas as forças estão atuando. 
Podemos considerar a energia potencial elástica = energia potencial gravitacional, ou seja, mgh = 
kx²/2. A deformação da mola helicoidal será igual à altura s = h (Ws = Wh). 
 
 
6 CONCLUSÃO 
 
 Nessa pratica realizamos o estudo pratico-teóricoda atuação da energia mecânica (potencial 
gravitacional, potencial elástica e cinética) numa mola helicoidal. Usamos uma mola com diferentes 
pesos acoplada ela, com isso relatamos deformações na mola, armazenamento de energia elástica e 
medimos a altura inicial da mola (seu estado normal) e depois calculamos a sua elongação realizada 
pela energia que foi fornecida a mesma. Notamos também a existência de energia cinética e potencial 
num experimento em que puxamos e soltamos a mola. E ainda nas transformações da energia 
observamos que não há perda da mesma, ou seja, a energia é conservada. 
 
 
 
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7 REFERÊNCIAS 
 
[1] Manual de Laboratório Phywe Inter Tess Mecânica. Energia potencial e energia elástica. 
2010. 1 CD-ROM. 
 
[2] SANT´ANNA, Blaidi; MARTINI, Gloria; REIS, Hugo Carneiro; SPINELLI, Walter; Conexões 
com a Física – Volume 01. 1. Ed. São Paulo: Moderna, 2010.