GRANDEZAS FÍSICAS APLICADAS A UMA CATAPULTA:ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA
Resumo
As catapultas, em geral, podem ser classificadas pelo conceito físico de armazenar e
liberar energia requerida para o lançamento de projétil.
De acordo com o Cern-Team (2011) em física uma grandeza ou quantidade é o
conceito que descreve qualitativa e quantitativamente as relações entre as
propriedades observadas no estudo da natureza. Uma grandeza descreve
qualitativamente um conceito porque para cada noção diferente pode haver uma
grandeza diferente e vice-versa. São muitos os exemplos de grandezas físicas no
projeto da catapulta, dentre elas observamos as seguintes:
a) Trajetória: é o percurso feito por um corpo no espaço, com base em um sistema de
coordenadas. Assim, define-se trajetória como um conjunto de dados sobre a posição
e a velocidade de um corpo.
b) Inércia: é a tendência que os corpos têm de manter a sua velocidade vetorial
constante.
c) Energia cinética: é a energia relacionada ao movimento dos corpos. É um tipo de
energia de grandeza escalar, onde todo objeto que tem massa e velocidade possui
energia cinética, e quanto maior a velocidade do corpo, maior é sua energia cin ética.
Quando o corpo está em repouso, a energia cinética é nula. A energia cinética é dada
por: Ec = m V2 / 2, onde “m” representa a massa e “V” a velocidade do corpo.
d) Força gravitacional: é o gestor capaz de mudar o vetor velocidade de um corpo e
causar deformação no mesmo. A força gravitacional não depende da trajetória, ela só
depende da variação da altura.
e) Lançamento oblíquo de projéteis: O lançamento oblíquo é o movimento formado por
dois movimentos simples e que ocorrem no mesmo instante, o movimento horizontal e
o movimento vertical. Assim descreve-se que parte deste lançamento está em
movimento horizontal e parte em que queda livre, descrevendo um movimento de
trajetória parabólica. No movimento horizontal, desprezando a resistência do ar,
tem-se um movimento uniforme, pois não há aceleração. Neste movimento o móvel
percorre espaços iguais em tempos iguais, por isso diz que seu movimento é uniforme
e sua velocidade constante. No movimento vertical, o móvel está em queda livre e sobinfluência da gravidade, onde a aceleração da queda é constante, assim se tem um
movimento uniforme variado.
f) Força elástica: é a força exercida pela mola sobre o braço lançador do projétil, se
esse braço não provoca deformação na mola, assim que se retira essa força, a mola
retorna a sua forma original.
g) Energia potencial elástica: é a energia agregada à compressão ou distensão de um
objeto elástico, ou seja, é a energia potencial de uma mola ou corda com elasticidade .
A mola utilizada na catapulta é distendida armazenando energia e, assim que liberada,
é transformada em energia cinética, que por sua é passada ao projétil que adquire
movimento.
Em complemento aos conceitos sobre grandezas físicas, Halliday (2008, p. 1)
descreve:
As leis da física são expressas em termos de várias grandezas diferentes: massa,
comprimento, tempo, força, velocidade, massa específica, resistência, temperatura,
intensidade luminosa, intensidade do campo magnético e muito mais. Cada um
desses termos possui um significado preciso e faz parte da linguagem que f ísicos e
outros cientistas usam para se comunicar entre si – quando um físico usa um termo
como “energia cinética”, todos os outros físicos entendem imediatamente o seu
significado. Cada um desses termos também representa uma grandeza que pode ser
medida no laboratório e, assim como deve existir um consenso no significado desses
termos, deve existir ainda um consenso em relação às unidades usadas para
expressar os seus valores. Sem esse consenso, não seria possível para os cientistas
transmitirem os seus resultados um ao outro ou comparar os resultados de
experimentos de diferentes laboratórios. Essas comparações requerem o
desenvolvimento e a aceitação de um conjunto de padrões para as unidades de
medição.
Sob tal ótica, o objetivo deste trabalho é analisar as grandezas físicas envolvidas no
funcionamento de uma catapulta. Dentre as grandezas elencadas dar-se-á ênfase na
análise da Energia Potencial Elástica, a partir do lançamento oblíquo de projéteis.
A elaboração deste artigo, inicialmente, fundamentou-se em uma pesquisa
exploratória através de bases textuais onde fora realizada uma análise crítica das
bibliografias consultadas sobre as grandezas físicas aplicadas a uma catapulta, dandoênfase na análise da Energia Potencial Elástica.
Tal embasamento teórico possibilitou a aplicação dos conceitos abordados neste
trabalho durante o lançamento obliquo de um projétil realizado por uma catapulta.
A catapulta utilizada neste experimento possui três ajustes para a mola, onde cada um
armazena quantidades de energia diferentes. Após esses procedimentos ajustou-se a
catapulta no ângulo de lançamento desejado, em seguida, foram efetuados vários
lançamentos e notou-se a distância máxima que os projéteis atingiram após serem
lançados.
Obteve-se assim, os seguintes resultados:
TABELA 1 – Mola ajustada na posição I (Superior):
Teste Ângulo Distância (m)
1 90º 1,14
2 75º 2,44
3 60º 3,90
4 45º 4,64
5 30º 3,70
TABELA 2– Mola ajustada na posição II (Meio):
Teste Ângulo Distância (m)
1 90º 1,14
2 75º 2,00
3 60º 2,93
4 45º 2,94
5 30º 1,80
TABELA 3– Mola ajustada na posição III (Inferior):
Teste Ângulo Distância (m)
1 90º 1,14
2 75º 1,50
3 60º 1,93
4 45º 1,76
5 30º 0,80
liberar energia requerida para o lançamento de projétil.
De acordo com o Cern-Team (2011) em física uma grandeza ou quantidade é o
conceito que descreve qualitativa e quantitativamente as relações entre as
propriedades observadas no estudo da natureza. Uma grandeza descreve
qualitativamente um conceito porque para cada noção diferente pode haver uma
grandeza diferente e vice-versa. São muitos os exemplos de grandezas físicas no
projeto da catapulta, dentre elas observamos as seguintes:
a) Trajetória: é o percurso feito por um corpo no espaço, com base em um sistema de
coordenadas. Assim, define-se trajetória como um conjunto de dados sobre a posição
e a velocidade de um corpo.
b) Inércia: é a tendência que os corpos têm de manter a sua velocidade vetorial
constante.
c) Energia cinética: é a energia relacionada ao movimento dos corpos. É um tipo de
energia de grandeza escalar, onde todo objeto que tem massa e velocidade possui
energia cinética, e quanto maior a velocidade do corpo, maior é sua energia cin ética.
Quando o corpo está em repouso, a energia cinética é nula. A energia cinética é dada
por: Ec = m V2 / 2, onde “m” representa a massa e “V” a velocidade do corpo.
d) Força gravitacional: é o gestor capaz de mudar o vetor velocidade de um corpo e
causar deformação no mesmo. A força gravitacional não depende da trajetória, ela só
depende da variação da altura.
e) Lançamento oblíquo de projéteis: O lançamento oblíquo é o movimento formado por
dois movimentos simples e que ocorrem no mesmo instante, o movimento horizontal e
o movimento vertical. Assim descreve-se que parte deste lançamento está em
movimento horizontal e parte em que queda livre, descrevendo um movimento de
trajetória parabólica. No movimento horizontal, desprezando a resistência do ar,
tem-se um movimento uniforme, pois não há aceleração. Neste movimento o móvel
percorre espaços iguais em tempos iguais, por isso diz que seu movimento é uniforme
e sua velocidade constante. No movimento vertical, o móvel está em queda livre e sobinfluência da gravidade, onde a aceleração da queda é constante, assim se tem um
movimento uniforme variado.
f) Força elástica: é a força exercida pela mola sobre o braço lançador do projétil, se
esse braço não provoca deformação na mola, assim que se retira essa força, a mola
retorna a sua forma original.
g) Energia potencial elástica: é a energia agregada à compressão ou distensão de um
objeto elástico, ou seja, é a energia potencial de uma mola ou corda com elasticidade .
A mola utilizada na catapulta é distendida armazenando energia e, assim que liberada,
é transformada em energia cinética, que por sua é passada ao projétil que adquire
movimento.
Em complemento aos conceitos sobre grandezas físicas, Halliday (2008, p. 1)
descreve:
As leis da física são expressas em termos de várias grandezas diferentes: massa,
comprimento, tempo, força, velocidade, massa específica, resistência, temperatura,
intensidade luminosa, intensidade do campo magnético e muito mais. Cada um
desses termos possui um significado preciso e faz parte da linguagem que f ísicos e
outros cientistas usam para se comunicar entre si – quando um físico usa um termo
como “energia cinética”, todos os outros físicos entendem imediatamente o seu
significado. Cada um desses termos também representa uma grandeza que pode ser
medida no laboratório e, assim como deve existir um consenso no significado desses
termos, deve existir ainda um consenso em relação às unidades usadas para
expressar os seus valores. Sem esse consenso, não seria possível para os cientistas
transmitirem os seus resultados um ao outro ou comparar os resultados de
experimentos de diferentes laboratórios. Essas comparações requerem o
desenvolvimento e a aceitação de um conjunto de padrões para as unidades de
medição.
Sob tal ótica, o objetivo deste trabalho é analisar as grandezas físicas envolvidas no
funcionamento de uma catapulta. Dentre as grandezas elencadas dar-se-á ênfase na
análise da Energia Potencial Elástica, a partir do lançamento oblíquo de projéteis.
A elaboração deste artigo, inicialmente, fundamentou-se em uma pesquisa
exploratória através de bases textuais onde fora realizada uma análise crítica das
bibliografias consultadas sobre as grandezas físicas aplicadas a uma catapulta, dandoênfase na análise da Energia Potencial Elástica.
Tal embasamento teórico possibilitou a aplicação dos conceitos abordados neste
trabalho durante o lançamento obliquo de um projétil realizado por uma catapulta.
A catapulta utilizada neste experimento possui três ajustes para a mola, onde cada um
armazena quantidades de energia diferentes. Após esses procedimentos ajustou-se a
catapulta no ângulo de lançamento desejado, em seguida, foram efetuados vários
lançamentos e notou-se a distância máxima que os projéteis atingiram após serem
lançados.
Obteve-se assim, os seguintes resultados:
TABELA 1 – Mola ajustada na posição I (Superior):
Teste Ângulo Distância (m)
1 90º 1,14
2 75º 2,44
3 60º 3,90
4 45º 4,64
5 30º 3,70
TABELA 2– Mola ajustada na posição II (Meio):
Teste Ângulo Distância (m)
1 90º 1,14
2 75º 2,00
3 60º 2,93
4 45º 2,94
5 30º 1,80
TABELA 3– Mola ajustada na posição III (Inferior):
Teste Ângulo Distância (m)
1 90º 1,14
2 75º 1,50
3 60º 1,93
4 45º 1,76
5 30º 0,80