CONSERVAÇÃO DE ENERGIA MECÂNICA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

CAMPUS ITAJUBÁ – UNIFEI

– Engenharia Mecânica–

Gabriel Gomes Maia         2017002031

Vinícius Gabriel Pereira    2016008442

CONSERVAÇÃO DE ENERGIA MECÂNICA

Itajubá-MG

Novembro/2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

CAMPUS JOSÉ RODRIGUES SEABRA-ITAJUBÁ

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO        1

2 MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS        3

2.1 MATERIAIS        3

2.2 MODELO METODOLÓGICO E OBTENÇÃO DE DADOS        3

2.3 ANÁLISE DE RESULTADOS        8

3 DISCUSSÃO DO MÉTODO E RESULTADOS        21

4 CONCLUSÕES        23

APÊNDICE        24

RESUMO

O experimento em questão tem por objetivo observar e medir a conservação da energia mecânica, analisar as transferências de energia em um sistema oscilante, efetuar medidas primárias de deslocamento 2D e tempo, e calcular medidas secundárias desse deslocamento. Por meio da aplicação de conceitos teóricos clássicos e com a utilização de materiais adequados realizaram-se experimentos a respeito da conservação de energia mecânica. Os resultados foram construídos através da automação e digitalização dos dados e analisados através de gráficos.

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1 INTRODUÇÃO

        É possível encontrar energia mecânica de várias formas: elétrica, térmica, química, cinética, luminosa, etc., de modo que possa ser convertida de uma forma à outra. Quando se diminui um tipo de energia, aparece outro tipo com a mesma quantidade a fim de que a energia total do universo ou de qualquer sistema isolado se conserve.

A conservação de energia mecânica pode ser facilmente relacionada à famosa frase do cientista francês Lavoisier: “Na natureza nada se perde, tudo se transforma”. Essa transformação de um tipo de energia em outro é fundamental, pois ocorre em qualquer processo químico, biológico ou físico.

Assim, a lei da conservação de energia diz que: “a energia total do sistema é constante. ” Isto é, a energia se converte de um tipo a outro, se transmite de uma região a outra, porém não se cria nem se destrói. Forças conservativas são forças cujo trabalho sobre uma partícula se anula ao longo de um percurso fechado ou independe da trajetória realizada por essa partícula. A força gravitacional e a força elástica são forças conservativas.

A conservação de energia mecânica se dá pela fórmula: Em= Ec+Ep, em que Ec é a energia cinética e Ep a energia potencial. Dessa forma, a energia mecânica é a capacidade de um corpo de realizar trabalho através da força potencial e cinética.

A energia cinética está relacionada ao movimento do corpo. Esse movimento resulta da transferência de energia entre o sistema e o corpo. Essa transferência de energia é chamada de trabalho e se dá pela fórmula:

T=F∗ ΔS

T= m.a∗ ΔS

Ao se aplicar a equação de Torricelli e se tomar o início do movimento no repouso, vê-se que:

V²=V0²+2∗A∗ΔS

V²=0+2∗A∗ΔS

V²=2∗A∗ΔS

ΔS= V²/2∗A

Ao substituir na formula do trabalho

T=M∗A∗ΔS

T=M∗A∗V²/2∗A

T= M∗V²/2

 Ec= M∗V²/2

Assim, energia cinética se dá pela fórmula: Ec= M∗V²2, em que M é massa e V velocidade. A unidade adotada pelo SI é Joule (J). Já energia potencial é a energia que pode ser armazenada em um sistema físico e pode transformar-se em energia cinética.

Energia Potencial pode ser classificada em: Elétrica, Química, Elástica e Gravitacional.

A Energia Potencial Gravitacional, por exemplo, corresponde ao trabalho realizado pela força peso. Considera-se o deslocamento de um corpo na vertical. Pode-se analisar a Energia Potencial Gravitacional através das fórmulas:

Epg=P∗h

Epg=m∗g∗h

Quando um corpo se encontra em queda livre de uma altura h, em um certo momento, ele aumenta sua velocidade, ou seja, há aumento de energia cinética e diminuição de energia potencial gravitacional.

1. MATERIAIS E MÉTODOS EXPERIMENTAIS

         2.1 MATERIAIS

Os materiais foram usados na intenção de promover o movimento do carrinho em cima do trilho de ar de modo que o atrito fosse mínimo, para isso utilizamos:

        - Compressor de ar;
        - Carrinho metálico para o trilho (elemento de movimento) e marcador;
        - Molas (pequena e grande) extensíveis para acoplar o carrinho;

- Trilho de ar metálico de 1,05 metros de comprimento;
- Câmera de filmagem;

        - Suportes para inclinação do trilho e da câmera; 

        - Computador com programas Tracker e SciDavis instalados;

        - Balança Digital com precisão de 1g e faixa dinâmica de 1g – 5100g;

1. MODELO METODOLÓGICO E OBTENÇÃO DE DADOS

Primeiramente, retirou-se com cuidado o carrinho do trilho desprendendo-o das molas. Logo, tarou-se a balança e mediu-se a massa do carrinho, mc = 197,1 g. Logo, colocou-se o carrinho de volta ao trilho, prendendo-o novamente às molas de maneira cuidadosa para que se evitassem torques.

Então se anotou o ângulo de inclinação do trilho: 𝜃=35°. Depois, verificou-se se a câmera tinha carga preparou-a para gravar com máximo de resolução possível. Ligou-se o ar do trilho e se esperou que o carrinho ficasse em posição de equilíbrio. Posicionou-se a câmera de modo que captasse a maior parte do trilho e fez-se um teste. Por fim, a filmagem foi acionada, o carrinho foi puxado cerca de 10cm abaixo da posição de equilíbrio e solto, de modo que a câmera captasse 6 oscilações.