Transformações de Energia em uma pista de Skate - helder

 Colégio Técnico da Escola de Educação Básica e Profissional da UFMG – Física – 1º Ano/2015 1
Transformações de Energia em uma pista de Skate
1- Notas sobre os conceitos de energia e energia mecânica
Energia é uma quantidade que se conserva durante as transformações. Essa definição, bastante abstrata, é
conhecida como Princípio da Conservação da Energia e associa o conceito de energia a um tipo de
raciocínio que não é utilizado apenas nas ciências, pois estrutura toda a compreensão e o conhecimento
humanos.
Desde o tempo dos gregos antigos, fundadores da filosofia e do estudo sistemático da natureza, percebeuse que deveria haver algo estável ou imutável em um mundo que, aparentemente, está em constante
transformação. Afinal, se tudo se transformasse e, por conseguinte, se nada permanecesse constante
durante as transformações, seria impossível relacionar o passado ao presente, de modo a conceber ou
prever o futuro. Em outras palavras, para compreender qualquer mudança, nós precisamos encontrar algo
que, efetivamente, não muda. Acontece que há uma quantidade que não muda durante transformações
biológicas, físicas ou químicas: essa quantidade recebe o nome de Energia.
Nas ciências, existem várias grandezas que se conservam durante uma transformação. Contudo, apenas a
energia se manifesta de formas diversas. O surgimento de uma nova manifestação de energia está
acompanhado, necessariamente, do desaparecimento de uma quantidade igual de energia que se
manifestava, anteriormente, de outra forma. Por exemplo: (a) a soma das energias luminosa e térmica
irradiadas para o ambiente por uma lâmpada ligada a uma bateria é igual à energia liberada pelas reações
químicas ocorridas no interior da bateria; (b) a energia luminosa absorvida no processo de fotossíntese é
exatamente igual à diferença entre a energia potencial química existente na ligação entre os átomos da
molécula de glicose e a energia existente na ligação dos átomos das moléculas de dióxido de carbono e de
água, que são usadas na formação da glicose.
Dentre as inúmeras formas pelas quais a energia pode se manifestar, as explorações que você vai realizar,
nesta atividade, dão destaque à: Energia Cinética (energia de movimento); Energia Potencial Gravitacional;
Energia Térmica. Elas se manifestarão durante movimentos de uma pessoa em uma pista de skate que
serão ilustrados pelo aplicativo Parque Energético para Skatistas (http://phet.colorado.edu/pt_BR/
simulation/energy-skate-park-basics). Como teremos oportunidade de estudar mais detalhadamente nas
próximas atividades, o valor da energia cinética é determinado pela massa e pela velocidade do objeto em
movimento. O valor da energia potencial gravitacional depende da massa do objeto atraído
gravitacionalmente pela Terra, bem como da distância entre esse objeto e o centro da Terra. Por fim, o valor
da energia térmica de um determinado objeto está associado à massa e à temperatura desse objeto.
2- Instruções iniciais para uso do aplicativo
Na parte superior da janela aberta pelo aplicativo há
três abas: Introduction, Friction e Track Playground. O
programa sempre abre na primeira aba (Introduction) e
iremos trabalhar nela primeiro. Na parte inferior há
uma opção para mudar a velocidade da simulação e
dois botões, um para parar a simulação e outro que
avançar quadro a quadro após o acionamento do
botão de parada. À direita da tela há vários comandos:
reiniciar a simulação, retornar com o skatista, mudar a
massa (skater mass) e exibir gráficos, grade e
velocidade. Na parte superior esquerda há três
opções para mudar a forma da rampa. Podemos
também colocar o skatista em posições definidas da
rampa clicando com o mouse e arrastando-o até a
posição desejada. Faça isso e observe o movimento
do skatista.
3- Energia cinética e potencial gravitacional em um movimento sem atrito
1.1- Escolha a primeira opção de pista (quadro superior); reinicie a simulação e marque as opções:
Gráficos de barras, Mostrar grade e Velocidade. Posicione o skatista em um ponto no alto da rampa
observando, na grade, a sua altura inicial. Observe o movimento do skatista e responda: a) O que
acontece com as várias formas de energia durante o movimento? b) Em que posições as energias
cinética e potencial são máximas e mínimas? c) Qual a relação entre os valores dessas formas de
energia e a velocidade do skatista? d) Qual é a altura máxima atingida pelo skatista no outro lado da
rampa?
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1.2- Mude a posição largada do skatista para um ponto numa altura diferente e observe de novo a altura
máxima atingida por ele no outro lado da pista bem como as variações das energias. Explique, a partir
das mudanças observadas nos gráficos de energia, o valor da altura máxima observada.
1.3- Escolha a segunda opção de pista (quadro do meio), reinicie a simulação e marque as opções:
Gráficos de barras, Mostrar grade e Velocidade. Posicione novamente skatista em um ponto no alto
da rampa. Observe o movimento do skatista e responda: a) O que acontece com as energias mostradas
no gráfico de barras durante o movimento? b) Podemos dizer ainda que há conservação da energia
total?
1.4- Mude a posição do skatista para uma posição no meio da rampa e observe as mudanças na velocidade
do skatista quando ele abandona a rampa. Como podemos explicar isso a partir das transformações de
energia que ocorrem durante o movimento?
1.5- Aumente a massa do skatista e o posicione no alto da rampa. Observe a velocidade do skatista ao
abandonar a rampa e compare-a com a velocidade que ele apresentava quando sua massa era menor.
Depois responda: a) Houve mudanças na velocidade ao mudarmos a massa do skatista? b) Como
podemos explicar isso a partir das transformações de energia que ocorrem durante o movimento?
1.6- Escolha a terceira opção de pista; reinicie a simulação e marque as opções: Gráficos de barras, Mostrar
grade e Velocidade. Descreva as mudanças que ocorrem nas manifestações e transformações de
energia durante o movimento do skatista.
4- Energia cinética e potencial gravitacional em um movimento com atrito
Escolha agora a aba Friction no alto da tela. Veja que há uma mudança no quadro de comanda na parte
direita da tela onde foi acrescentada uma opção Friction para ligar ou desligar a força de atrito e logo
abaixo há um botão deslizante que varia a intensidade dessa força. Há também a opção para ligar ou
desligar o tracejado da pista. Escolha inicialmente um valor pequeno para a força de atrito e marque as
opções: Gráficos de barras, Mostrar grade e Velocidade.

Posicione o skatista em um ponto da rampa
observando, na grade, a sua altura inicial. Qual é a
altura máxima atingida por ele no outro lado da
rampa? Como podemos explicar isso a partir das
transformações de energia mostradas no gráfico de
barras?

Aumente o valor da força de atrito e repita o
procedimento anterior. O que você pode concluir
sobre o efeito da força de atrito sobre o movimento
do skatista?

É correto dizer que ainda há conservação da energia mecânica, que é a soma das energias cinética
e potencial, contida no sistema skatista + Terra?

É correto dizer que, apesar da presença do atrito, o fenômeno respeita o princípio geral da
conservação da energia?
5- Estudo das transformações de energia em uma pista que
você mesmo construiu
Escolha agora a aba Track Playground no alto da tela. Nessa aba
você poderá construir a sua pista arrastando os objetos da parte
superior esquerda da tela. Cada objeto é um pedaço da pista que
pode ser modificado clicando com o mouse nos pequenos círculos
e arrastando-os a vontade para modelar a rampa. Você pode
também juntar dois objetos desses para fazer pistas mais
complexas.
Construa várias pistas como, por exemplo, uma pista com um
loop, e descreva as transformações de energia observadas
durante o movimento do skatista.