Experimento - Força Elastica

Objetivo

O objetivo deste experimento é mostrar o armazenamento da energia na forma de Energia Potencial Elástica.

Contexto

O princípio da Conservação de Energia diz que " a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída".

Uma das formas que a energia pode assumir é a energia potencial elástica. Esta forma de energia está associada à energia necessária para deformar as ligações químicas entre os átomos que constituem um determinado material. Quando comprimimos um material, estamos aproximando os átomos constituintes. Quando esticamos, estamos afastando-os. A quantidade de deformação (compressão ou alongamento) suportável pelo material determina se ele é elástico ou não. Um material elástico geralmente não se rompe quando sujeito a quantidades razoáveis de deformação. Nos materiais elásticos, os átomos tendem a re-ocupar a sua posição normal, quando liberados da deformação. Como receberam energia para sair da posição normal, quando liberados da deformação devem devolvê-la de alguma forma.

Um bom exemplo é o estilingue. Quando puxamos seu elástico com uma pedra encaixada, entregamos energia do nosso corpo ao elástico. Ao liberar o elástico, este praticamente devolve a energia que recebeu na forma de energia cinética da pedra, mais energia sonora (energia envolvida na criação e propagação do som). Se não colocarmos a pedra, ao soltar o elástico este entrega a maior parte da sua energia de volta para o corpo: a outra mão tem que absorver o " tranco". Até a energia sonora é maior neste caso.

A energia potencial elástica é diretamente proporcional à deformação sofrida pelo material. Assim, quanto mais deformado estiver o material, mais energia potencial elástica acumulada ele terá.

Idéia do Experimento

A idéia do experimento é fazer algo parecido com um estilingue, mas de modo a podermos observar mais facilmente o processo de acumulação e, depois, de transferência de energia potencial elástica. Trata-se de um arranjo onde pode-se observar em sequência, a velocidade de aproximação de uma bolinha (e portanto pode-se ter uma idéia de sua quantidade de energia cinética), a transformação da energia cinética da bolinha em energia potencial de um elástico, a devolução desta energia potencial do elástico para a bolinha, que ganha aproximadamente a mesma quantidade de energia cinética que tinha antes.

O experimento consiste em impulsionar uma bolinha, através de uma canaleta de réguas, fazendo com que colida com um elástico, esticado, ao final da canaleta (ver figura no esquema geral de montagem).

Para puxar um elástico com o dedo, precisa-se de uma certa quantidade de energia para deformá-lo. Esta energia vem de algum lugar: ela foi cedida pelo nosso corpo e é acumulada no elástico na forma de energia potencial elástica. Este mesmo procedimento é observado no caso da bolinha impulsionada contra o elástico. A energia cinética que a bolinha tinha no início do movimento é acumulada no elástico na forma de energia potencial elástica, que, imediatamente, após a colisão retoma a sua velocidade inicial ( no sentido contrário) na forma de energia cinética novamente. Nota-se que a transformação da energia potencial elástica em energia cinética neste experimento é praticamente instantânea, sendo difícil de ser observada.

Tabela do Material

Ítem	Observações
duas réguas de 30cm	Usamos as duas réguas para formar uma canaleta por onde rolará a bolinha.
bolinha	Bolinha de vidro (bola de gude).
elástico	Usamos um elástico comum, encontrado em lojas de armarinho.

Montagem

• Posicione as duas réguas, horizontalmente, sobre uma superfície, de modo que fique um pequeno espaço entre elas (canaleta).
• Uma pessoa segura o elástico esticado, horizontalmente, no final do sistema de réguas.
• Outra pessoa solta a bolinha, com um pequeno impulso, de modo que ela colida com o elástico esticado e volte.
• Repita este procedimento várias vezes e observe os resultados.

Comentários

• Para obter o resultado desejado, mantenha o elástico sempre esticado no final da canaleta de réguas à uma altura equivalente à metade do diâmetro da bolinha.
• Você pode usar diferentes tipos e tamanhos de bolinhas e elásticos.

Esquema do experimento.