Agrupamento de Escolas Antnio Gedeo

AL.2.1. Energia CINTICA AO LONGO DE UM PLANO INCLINADO

FQ A

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OBJETIVOS:

Determinar experimentalmente a relao entre o valor da energia cintica adquirida por um corpo, que se desloca ao longo de um plano inclinado, e a distncia percorrida no percurso efetuado.

FUNDAMENTAO TERICA:

Um corpo que desce um plano inclinado tem energia cintica de translao. O valor da energia cintica (EC) associada ao movimento de translao do corpo, num determinado instante, depende da massa (m) do corpo e da sua velocidade instantnea (v) de acordo com a seguinte expresso:

EC = m v2

Quando um corpo, de massa m, largado e desce uma rampa, com atrito desprezvel e com uma certa inclinao () relativamente horizontal, a fora responsvel pelo movimento do corpo (fora eficaz) a componente do seu peso segundo a direo do movimento (). Esta fora realiza um trabalho positivo, o que faz aumentar a energia cintica e a velocidade instantnea durante o deslocamento do corpo.

Num intervalo de tempo muito curto, considera-se que a velocidade instantnea coincide com a velocidade mdia, cujo valor se calcula pela expresso:

Vm velocidade mdia

x valor do deslocamento do ponto de aplicao de .

t intervalo de tempo

A velocidade instantnea medida com um digitmetro. A clula fotoeltrica do sensor possui um emissor de luz e um recetor de luz. Quando o feixe de luz interrompido pela passagem de um objeto o cronmetro comea a contar o tempo e, logo que o feixe de luz desbloqueado (o objeto retirado), o cronmetro desativado.

A montagem experimental pode ser feita de acordo com a figura e o carrinho deve ter um pino estreito ligado, de modo que o tempo medido pelo marcador de tempo da clula fotoeltrica no se refira passagem do carrinho, mas sim passagem desse pino. A vantagem deste procedimento que como o tamanho menor, isso traduz-se numa melhor aproximao da velocidade mdia velocidade instantnea.

Para diferentes distncias percorridas pelo carrinho, a partir do repouso, no plano inclinado, ser registado o tempo que o carrinho bloqueia o feixe de luz emitido pela clula fotoeltrica.

A velocidade instantnea nos vrios pontos da trajetria sobre o plano inclinado, ser calculada pelo quociente entre a largura do pino e o intervalo de tempo.

A clula fotoeltrica deve ser posicionada nos pontos da trajetria em que se mede a distncia percorrida e deve ser colocada perpendicularmente direo do movimento para que o valor do deslocamento seja sempre igual largura do pino.

RECURSOS MATERIAIS

- Balana analtica

- Plano inclinado com fita mtrica

- Clula fotoeltrica

- Carrinho com pino estreito

- Suporte universal

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. Mea a largura do pino ligado ao carrinho e determine a massa do carrinho.

2. Faa a montagem experimental de acordo com a figura 2.

3. Determine as distncias h e d (figura 1).

4. Ajuste a clula fotoeltrica para uma dada posio. Coloque o carrinho no incio da rampa e largue-o. Registe o valor do tempo. Realize este procedimento trs vezes.

5. Repita 3. e 4. para vrias posies ao longo do plano inclinado.

REGISTO DE RESULTADOS/ OBSERVAES

Largura do pino do carrinho (m)

Altura do plano (m)

Massa do carrinho

(kg)

Base do plano (m)

POSIO

d

(distncia percorrida pelo carrinho at atingir cada posio) (cm)

t ( tempo em que o carrinho bloqueia o feixe de luz emitido pela clula fotoelctrico ao passar em cada posio)

Ensaio 1

(ms)

Ensaio 2

(ms)

Ensaio 3

(ms)

Mdia

(s)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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CLCULOS/INTERPRETAO DE RESULTADOS

1. Determine a inclinao da rampa

Tabela 1 Valores calculados da inclinao da rampa

Inclinao ()

2. Determine a energia cintica do carrinho em cada posio

Tabela 2 Valores calculados da Energia Cintica para diferentes posies ao longo da rampa

POSIO

(m s-1)

(J)

d

(distncia percorrida pelo carrinho at atingir cada posio)

(m)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

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3. Utilizando a calculadora grfica, obtenha o grfico da energia cintica em funo da distncia percorrida. Trace um esboo do grfico.

4. Utilizando a calculadora grfica, obtenha a equao da reta que melhor se ajusta aos pontos experimentais (energia cintica em funo da distncia).

5. Deduza a equao terica da reta.

6. Indique o significado fsico do declive da reta.

CONCLUSES

1. Conclua, a partir do grficos obtido, a relao entre a energia cintica do carrinho e a distncia percorrida.

2. Tente estabelecer uma relao, de acordo com o significado do declive da reta, entre a inclinao do plano e a variao de energia cintica do carrinho.

3. Compare o valor experimental da grandeza fsica determinada pelo declive da reta com o valor terico.