Física - AL 1.2 - Movimento Vertical de Queda e Ressalto de Uma Bola - Transformação e Transferências de Energia (Relatório - CORREÇÃO)

AGRUPAMENTO DE ESCOLAS VERGÍLIO FERREIRAAno Letivo 2016/2017 10º ano AL 1.2: Movimento vertical de queda e ressalto de uma bola: transformação e transferências de energia Nome: ________________________ Nº__ Turma:____ Classificação ________________ Ass. Prof. __________ 1. Problema (10 pontos) Quando se deixa cair uma bola, de que dependerá a altura do seu ressalto? Que transformações e transferências de energia ocorrem na queda, na colisão e no ressalto da bola? 2. Introdução teórica (50 pontos)  Quando largamos uma bola de uma certa altura ela ressalta. A altura do ressalto será igual à altura de onde a largamos?  Se largarmos uma bola de basquetebol e uma de futebol, da mesma altura, a altura do primeiro ressalto será igual em ambas as situações?  Durante o movimento de queda e de ressalto de uma bola, considerando a resistência do ar desprezável, quais são as transformações e transferências de energia que ocorrem durante a queda, durante a colisão com o solo e durante o ressalto?  Explique por que motivo é de esperar que a altura atingida pelas bolas vá diminuindo nos sucessivos ressaltos.  Supondo desprezável a resistência do ar, obtenha uma expressão para: o O módulo da velocidade da bola ao atingir o solo em função da altura de queda; o O módulo da velocidade com que a bola inicia o ressalto em função da altura de ressalto;  Não, uma vez que existe dissipação de energia, isto é, existe variação/diminuição da energia mecânica no embate com o solo, logo a energia potencial (e consequentemente a altura do ressalto.) no final do ressalto não será igual à energia potencial inicial (e consequentemente a altura de queda). – 10 pontos  As duas bolas apresentam diferente elasticidade, logo, a altura do primeiro ressalto será diferente. É mais próxima da altura de queda para a bola com maior elasticidade. Quanto maior for a elasticidade menor será a variação da energia mecânica da bola, pois haverá menor percentagem de energia dissipada. – 10 pontos  Durante a queda e durante o ressalto, desprezando a resistência do ar, não ocorre variação da energia mecânica e em queda a energia potencial converte-se totalmente em energia cinética, enquanto no ressalto a energia cinética converte-se totalmente em energia potencial. Quando a bola colide com o solo deforma-se, sendo parte da sua energia cinética (ou energia mecânica) transformada em energia interna e transferida para o solo e, por isso, a energia mecânica da bola diminui após o choque. – 10 pontos  Em cada ressalto, existe dissipação de energia mecânica na interacção entre a bola e o solo. Assim, a energia cinética (mecânica) com que a bola sai do solo no 2º ressalto é inferior à energia cinética (mecânica) com que a bola chega ao solo, no ressalto anterior. Considerando-se que existe conservação da energia mecânica quando a bola está no ar, a altura máxima atingida pela bola após cada ressalto terá de ser sucessivamente menor. Ainda assim, a percentagem de energia dissipada em cada ressalto deverá ser sempre a mesma pois o par de materiais em colisão mantém-se. – 10 pontos o Para a queda, uma vez que se despreza a resistência do ar: Em,i = Em,f ⇔ Ec,i + Ep,i = Ec,f + Ep,f ⇔ 0 + 1 mghqueda = mv 2 + 0 ⇔ 2ghqueda = v 2 ⇔ v = √2ghqueda – 5 pontos 2 1 o Para o ressalto, uma vez que se despreza a resistência do ar: Em,i = Em,f ⇔ Ec,i + Ep,i = Ec,f + Ep,f ⇔ mv 2 + 2 0 = 0 + mgh𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 ⇔ v 2 = 2gh𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 ⇔ v = √2gh𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 – 5 pontos Professora Diana Bogalho 7 0. Bola de Voleibol 4. determine a altura de ressalto para cada uma das bolas no caso da altura de queda ser igual a 150 cm.78 1.38 5.5 y = 0.14 𝑚 Bola de Voleibol: ℎ𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 = 0.042 ⋍ 1.70 0.9 1 hqueda/m hqueda/m – 15 pontos – 15 pontos  Equações da reta: – 20 pontos Bola de Basquetebol: ℎ𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 = 0.73 ℎ𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 + 0.69 0. 3.016  Se a altura da queda fosse 150 cm (1.58 0.60 0.042 0. altura de ressalto seria: – 10 pontos Bola de Basquetebol: ℎ𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 = 0.7 0. Registo de dados/observações Bola de Basquetebol Bola de Voleibol hqueda/m hressalto/m hqueda/m hressalto/m 1.90 0.9938 0.  A partir das equações da reta.70 0.8 hressalto/m hressalto/m 0.6 0.60 0.50 + 0. recorrendo a todas as potencialidades da sua calculadora gráfica.3 0 0.62 0.00 0.9 0.016 ⋍ 0. Tratamento de dados/cálculos (60 pontos)  Trace o esboço dos gráficos da altura de ressalto em função da altura de queda.6 0.46 0. Bola de Basquetebol.4 0.016 y = 0.63 0.2 R² = 0.56 0.9 1 0.00 0.62 ℎ𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 + 0.8 0.95 𝑚 Professora Diana Bogalho .80 0.62 ℎ𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 + 0.7 0.73 × 1.50 m). Sensor de movimento e respectivo cabo de ligação.6 0.48 0.9957 R² = 0.62x + 0.51 0.73x + 0. tanto para a bola de basquetebol como para a bola de voleibol.042 Bola de Voleibol: ℎ𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 = 0. Material utilizado (20 pontos) Calculadora gráfica.  Escreva as equações da reta que melhor se ajusta ao conjunto de pontos experimentais obtidos (aplicando os conceitos físicos à equação).90 0.80 0.8 0. Bola de Basquetebol Bola de Voleibol 0. – 20 pontos  Mau direccionamento do feixe do sensor.73) × 100 = 27% – 5 pontos Bola de Voleibol: %𝐸𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎 = (1 − 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑒) × 100 = (1 − 0.𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑚𝑔ℎ𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 ℎ𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 −ℎ𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 ℎ𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 %𝐸𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎 = × 100 ⇔ %𝐸𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎 = (1 − ) × 100 ⇔ %𝐸𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎 = (1 − 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑒) × 100 – 10 ℎ𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 ℎ𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 pontos Bola de Basquetebol: %𝐸𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎 = (1 − 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑒) × 100 = (1 − 0.𝑓.  Os declives das retas de regressão dos gráficos variam com os materiais em colisão. – 15 pontos 𝐸𝑚.𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 −𝐸𝑚. 6.𝑖.𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑚𝑔ℎ𝑞𝑢𝑒𝑑𝑎 −𝑚𝑔ℎ𝑟𝑒𝑠𝑠𝑎𝑙𝑡𝑜  %𝐸𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎 = × 100 ⇔ %𝐸𝑑𝑖𝑠𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑎 = × 100 ⇔ 𝐸𝑚.62) × 100 = 38% – 5 pontos  A percentagem de energia dissipada foi maior no par cuja elasticidade foi menor (na bola de voleibol). logo pode-se concluir que quanto menor for a elasticidade de um material maior será a energia dissipada e maior será a diminuição da energia mecânica. Conclusão/Crítica (60 pontos)  Compare os declives das retas de regressão dos diferentes gráficos e relacione esses declives com a elasticidade dos materiais de colisão (bola de basquetebol-chão e bola de voleibol-chão). – 5 pontos Professora Diana Bogalho . irregularidades na superfície da bola.62).73) possui uma maior elasticidade que a bola de voleibol (que possui um declive menor – 0. a percentagem de energia mecânica dissipada durante a colisão das duas bolas com o solo (a partir da altura de queda e da altura de ressalto) e calcule. logo é de concluir que a bola de basquetebol (que possui um maior declive – 0. A uma reta de maior declive correspondem materiais em colisão com maior elasticidade. para cada uma das bolas utilizadas a respectiva percentagem. irregularidades na superfície de contato (solo).  Em que situação foi maior a energia dissipada na colisão: quando a elasticidade do par de materiais em colisão foi maior ou quando foi menor? Que conclusões se podem tirar?  Indique quais os erros que poderão ter ocorrido durante a actividade laboratorial. para uma dada altura de queda.𝑓.  Determine a expressão que permite calcular.