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Bola Saltitona

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Resumo do trabalho

Trabalho sobre a bola saltitona, com diversidade de materiais e tamanhos, realizado no âmbito da disciplina de Física (10º ano).

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Introdução:

Objetivos da experiência:

Esta atividade laboratorial tem como objetivo fundamental verificar se existe alguma relação entre a altura de queda de uma bola com a atingida no primeiro ressalto.

→ Existirá alguma relação entre a altura de que se deixa cair uma bola e a altura atingida no primeiro ressalto?

Esta é uma questão que se pretende estudar nesta atividade, tendo o objetivo de poder respondê-la no final de toda a experiência, fundamentando-a.

Resumidamente pretende-se analisar o movimento de uma bola que caí e ressalta, e com isto, relacionar a altura atingida após o ressalto- r, com a altura à qual esta é deixada cair- c, a partir dos resultados obtidos na experiência.

Com esta experiência laboratorial permite também aos alunos, um aprofundamento dos concelhos estudados, e precisos à boa execução da atividade.

Introdução Teórica:

Para a realização desta atividade experimental é necessário dominar alguns conceitos relacionados com as transferências de energia, que nos ajudaram em todo o processo da experiência.

Variação da energia mecânica da bola durante a queda:

Durante a queda da bola, desprezando-se a resistência do ar, a energia mecânica da bola não varia.

Variação da energia mecânica da bola durante o ressalto:

Durante o ressalto da bola, desprezando-se a resistência do ar, a energia mecânica da bola não varia.

Há que notar, que se não desprezarmos resistência do ar, existem transferências de energia no processo de queda, colisão e ressalto: na queda e no ressalto a bola perde energia mecânica, mas ganha, ao mesmo tempo com o ar envolvente, energia interna, em que há aquecimento da bola e do ar em volta. Na colisão a diminuição da energia mecânica é resultado do aumento da própria energia interna da bola;

Variação da energia mecânica da bola durante a colisão com o solo:

Quando a bola colide com o chão deforma-se sendo parte da sua energia cinética transformada em energia interna donde a energia mecânica da bola diminui após o choque.

Altura máxima atingida pela bola nos sucessivos ressaltos

Havendo dissipação de energia mecânica na colisão da bola com o solo a energia potencial da bola após o ressalto será cada vez menor e como tal altura máxima atingida pela bola nos sucessivos ressaltos diminui.

Energia dissipada na colisão e coeficiente de restituição:

A energia dissipada durante a colisão da bola com o solo está relacionada com a grandeza – coeficiente de restituição (e) – que depende das propriedades elásticas dos materiais que colidem, ou seja no caso da presente experiência das propriedades elásticas da bola e do solo.

O coeficiente de restituição é definido para uma colisão frontal de um corpo em movimento com um corpo em repouso como a razão entre os módulos das alturas em cima onde a bola é largada (Hc) e do ressalto (hr).

Sendo que:

• Se e=0, significa que toda a energia mecânica foi dissipada na colisão da bola com o solo e então a bola não ressalta.
• Se e=1, significa que não há dissipação de energia mecânica na colisão da bola com o solo e então no ressalto a bola sobe até à altura de que caiu.

Quanto às transformações de energia:

no movimento de queda da bola a energia potencial gravítica transforma-se em energia cinética; quando a bola ressalta, a energia cinética altera-se em energia potencial gravítica.

Gravidade:

é uma das quatro forças principais da natureza, em que objetos com massa exercem atração, uns sobre os outros. É exposta pela lei de Newton da gravitação universal. Primeiramente foi estabelecida de modo matemático pelo físico inglês Isaac Newton, sendo depois desenvolvida e estudada ao longo dos tempos.

Do ponto de vista prático, a atração gravitacional da Terra confere peso aos objetos e faz com que caiam ao chão quando são soltos no ar, é a atuação força da gravidade que vamos observar nesta experiência, sendo que assim que a bola atinge o ressalto, deixa-se cair novamente. Se não houvesse gravidade, teríamos um comportamento que é idêntico ao na lua, em que as pessoas não andam sobre a superfície, mas sim pairam sobre ela.

*Nota: o tipo de piso afeta o ressalto da bola.

Protocolo Experimental:

Materiais:

* Bola grande – Deeply

* Bola média

* Bola pequena

* Régua Métrica – Hélix

Procedimento Experimental:

1º. Assinalou-se na parede, uma marca com uma altura de 2,70metros, com o auxílio de uma régua;

2º. Pegou-se na bola de maior dimensão;

3º. Subiu-se para uma cadeira;

4º. Colocou-se a parte de baixo da bola na marca assinalada no 1º procedimento;

5º. Deixou-se cair a bola da altura sinalizada;

6º. Deixou-se a bola ressaltar do chão;

7º. Apanhou-se a bola no momento em que ela atingira a altura do ressalto;

8º. Mediu-se a altura do ressalto;

9º. Registou-se os resultados das medições do ressalto;

10º. Procedeu-se de igual modo mais 4 vezes o procedimento;

11º. Marcou-se uma nova marca de 2metros;

12º. Realizou-se a experiência do 1º ao 10º procedimento da partir da marca feita em 11º;

13º. Assinalou-se um traço de 1metro;

14º. Efetuou-se novamente a atividade do 1º ao 10º procedimento;

15º. Efetuou-se a experiência do 1º ao 14º processo por duas vezes, a primeira com a bola de média dimensão e outra com a de pequena dimensão;

16º. Registou-se todos os dados necessários;

17º. Realizou-se a arrumação do material utilizado, bem como a sala;

Interpretação de Resultados e Cálculos:

Para esta experiência realizou-se vários ensaios com todos os grupos da turma. Foram também utilizadas três bolas: uma de maior dimensão, média dimensão e de pequena dimensão.

Para cada ensaio registou-se, somente, o primeiro ressalto da bola.

Estão representados em seguida os resultados obtidos:

Bola Grande:

* Ensaio nº 1: lançou-se a bola de uma altura de 2,70metros.

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	1,50metros	0,75	0,76
Ressalto nº 2	1,70metros	0,79
Ressalto nº 3	1,50metros	0,75

* Ensaio nº 2: lançou-se a bola de uma altura de 2metros.

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	0,90metros	0,67	0,65
Ressalto nº 2	0,80metros	0,63
Ressalto nº 3	0,85metros	0,65

* Ensaio nº 3: lançou-se a bola de uma altura de 1metro.

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	0,65metros	0,81	0,79
Ressalto nº 2	0,60metros	0,77
Ressalto nº 3	0,65metros	0,81
Ressalto nº 4	0,60metros	0,77

Bola Média:

* Ensaio nº 1: lançou-se a bola de uma altura de 2,70metros

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	0,77metros	0,53	0,53
Ressalto nº 2	0,75metros	0,53
Ressalto nº 3	0,70metros	0,51
Ressalto nº 4	0,75metros	0,53

* Ensaio nº 2: lançou-se a bola de uma altura de 2metros.

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	0,61metros	0,55	0,56
Ressalto nº 2	0,60metros	0,55
Ressalto nº 3	0,63metros	0,56
Ressalto nº 4	0,67metros	0,58

* Ensaio nº 3: lançou-se a bola de uma altura de 1metro.

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	0,35metros	0,59	0,59
Ressalto nº 2	0,37metros	0,61
Ressalto nº 3	0,34metros	0,58
Ressalto nº 4	0,34metros	0,58

Bola Pequena:

* Ensaio nº 1: lançou-se a bola de uma altura de 2,70metros.

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	1,02metros	0,61	0,62
Ressalto nº 2	1,03metros	0,62
Ressalto nº 3	1,02metros	0,61
Ressalto nº 4	1,03metros	0,62

* Ensaio nº 2: lançou-se a bola de uma altura de 2metros.

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	0,81metros	0,53	0,53
Ressalto nº 2	0,82metros	0,53
Ressalto nº 3	0,85metros	0,51
Ressalto nº 4	0,82metros	0,53

* Ensaio nº 3: lançou-se a bola de uma altura de 1metro.

		Coeficiente de Restituição	Média do coeficiente de restituição
Ressalto nº 1	0,46metros	0,68	0,69
Ressalto nº 2	0,49metros	0,7
Ressalto nº 3	0,48metros	0,69
Ressalto nº 4	0,47metros	0,69

Discussão:

As bolas utilizadas possuíam diferente tipo de elasticidade, conseguimos observar que a bola que tinha maior poder de elasticidade alcançava uma maior altura no ressalto, sendo que perde menos energia mecânica na colisão com o solo.

Como não foi utilizado qualquer tipo de aparelho eletrónico que pudesse medir as alturas dos ressaltos ou a velocidade que as bolas atingiam, é notável e compreensível que haja erros na experiência.

É observável que em ambos os ensaios realizados, as alturas dos ressaltos são ligeiramente diferentes, por essa mesma razão é aconselhado o maior número de ensaios possível, para que se possa avaliar assim o resultado mais plausível, e para que no fim se possa fazer uma média do coeficiente de restituição.

Os resultados e valores obtidos, após a aplicação da fórmula do coeficiente de restituição não vão além do 1, sendo que variam entre 0,53 e 0,79. Esclareceremos estes resultados em seguida na conclusão.

Conclusão:

Na execução desta experiência não nos deparámos com qualquer dificuldade ou obstáculo, que constituísse com a possibilidade de haver erros, apesar de termos procedido toda a experiência manualmente, sem recorrer à utilização de equipamentos especializados na leitura de alturas e outras grandezas.

Podemos dizer que correu com sucesso a atividade, visto que cumprimos os nossos objetivos definidos inicialmente.

Adquirimos conclusões acerca desta atividade. A principal e mais importante, e que responde à questão colocada nos objetivos acima, é: existe uma relação entre a altura em que a bola é lançada e a altura do seu ressalto? Essa relação entre as duas alturas é dada pela forma

,

em que hr significa a altura do ressalto, e o Hc a altura onde foi largada a bola.

Como o coeficiente de restituição da bola, obtido pelos vários ensaios realizados, está compreendido entre 0 e 1, conclui-se que existe dissipação de energia. Ou seja, a bola nunca consegue atingir a mesma altura de onde partiu. Se os valores obtidos a partir do coeficiente de restituição fossem de 1, verificávamos que existia conservação da energia, e a bola, então, ressaltava até à altura de onde partiu. Como não é isto que acontece, há dissipação de energia.

Conseguimos concluir que as dimensões da bola, a sua elasticidade, bem como a altura em que é lançada, influência a altura do seu ressalto, como conseguimos ver nos resultados obtidos anteriormente.

260 Visualizações 21/03/2020

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