Conservação de Energia
Uma grandeza física muito famosa é a energia, mas o que exatamente é energia? Físicos costumam dizer que energia é a nossa capacidade de realizar trabalho, quanto trabalho conseguimos realizar.
Diante disso, começamos a nos perguntar pra serve cada uma das várias formas de energia, a cinética, a potencial gravitacional, a potencial elétrica, a elástica e tantas outras.
Existem alguns sistemas físicos, onde temos condições ideais, que são chamados de conservativos. Nesses sistemas a energia inicial total contida ali, não se altera em função do tempo. Isso quer dizer que ela se transforma, de energia x em energia y mantendo o resultado da soma das duas sempre igual. Um exemplo muito comum é o de um pendulo simples oscilando em movimento harmônico simples (MHS) sem a reistência do ar ou qualquer outra intereferência.
Neste exemplo que estudaremos agora, a energia potencial gravitacional transforma-se em energia cinética e vice-versa. A soma dessas duas grandezas é chamada de energia mecânica. No sistema conservativo com condições ideais, o tempo do movimento seria infinito, isto é, o pendulo não para de oscilar nunca!.
Existe o oposto que é um sistema físico não conservativo onde parte dessa energia se perde, mas como disse Lavoisier “Na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.”, então essa energia não é perdida, ela não some simplesmente. Forças presentes no meio tomam parte da energia, essas forças são atrito com o ar ou com o solo, vibrações indesejadas, ruídos e muitas mais. Esses eventos consomem uma porção da energia total inicial e dizemos que houve perda de energia para o meio.
No caso do pêndulo, como dito acima, em um sistema ideal, o movimento seria eterno, porém em um sistema não conservativo, a altura máxima atingida de cada lado da trajetória sofreria um decréscimo a cada oscilação resultando em velocidade zero para um tempo longo.
Neste vídeo fica clara a interferência de forças externas que diminuem a velocidade máxima atingida pela esfera a cada oscilação.
Foi desenvolvido um experimento sobre este assunto, um pendulo longo com uma esfera na ponta foi colocado em mhs com pequenos ângulos de lançamento (de até 15°) para que após a coleta de dados e cálculos pudéssemos dizer se o sistema real é conservativo que também quer dizer que não houve perda significativa de energia mecânica para o meio ou se não é possível desconsiderar as forças externas, isso quando a perda de energia se torna grande demais para ser desconsiderada.
Será feita uma comparação entre dois pêndulos diferentes, ambos com mesmo comprimento de fio e com uma esfera na ponta, e é nela que está a diferença. Os raios das duas esferas usadas têm mesma ordem de grandeza, porém suas massas são extremamente diferentes, sendo uma de 158,3 g e a outra de apenas 2,3 g.
Para isso o movimento dos pêndulos foi filmado com uma câmera digital em diferentes taxas de f/s sendo: 30, 60 e 300. E as imagens serão analisadas com auxilio de um software gratuito na internet chamado TRACKER.
