Energia e suas conservações

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO 
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia – CCET 
Departamento de Física 
Disciplina: Experimentos de Física I – Turma 01 
Prof ª Dr ª Luciana Magalhães Rebelo Alencar 
Discente: Josafá de Andrade Vieira 
 
 
RELATÓRIO 
 
 
 
Energia e suas conservações 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO LUÍS, JANEIRO DE 2022. 
 
 
1 
 
Sumário 
 
1. Objetivos .................................................................................................... 2 
2. Resumo ....................................................................................................... 3 
3. Introdução ................................................................................................. 4 
3.1 Forças Conservativas e não conservativas ................................................................ 4 
3.2 Trabalho e Energia Potencial .................................................................................... 6 
3.3 Energia Potencial Gravitacional ............................................................................... 4 
3.4 Conservação da Energia Mecânica ........................................................................... 8 
3.5 Lei da Conservação de Energia ............................................................................... 9 
4. Procedimento Experimental .................................................................. 11 
4.1 Materiais ................................................................................................................ 11 
4.2 Métodos .................................................................................................................. 11 
5. Resultados e Discussão ........................................................................... 11 
5.1 Guia Intro ............................................................................................................... 11 
5.2 Guia Medições ........................................................................................................ 13 
5.3 Guia Gráficos .......................................................................................................... 14 
5.4 Guia Parque ............................................................................................................ 16 
5.5 Questionário ............................................................................................................ 18 
6. Conclusão ................................................................................................. 24 
7. Referências .............................................................................................. 25 
 
 
 
 
 
2 
 
1. Objetivos 
Explicar o conceito de Conservação de Energia Mecânica usando energias cinética, potencial 
gravitacional e térmica; Descrever como a alteração da massa, fricção ou gravidade afeta a 
energia do skatista no simulador PhET; Prever a posição ou estimar a velocidade a partir da 
energia em gráficos de barras ou setorial; Calcular a velocidade ou altura em uma posição a 
partir de informações sobre uma outra posição; Descrever o que ocorre com a energia no 
sistema quando a altura de referência muda; Projetar uma pista de skate usando os conceitos 
de energia mecânica e conservação de energia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
 
2. Resumo 
Dizemos que o conceito de energia, por sua vez, está associado aos estados dos corpos, que 
são os de movimento (energia cinética), os de separação entre os corpos (energia potencial 
gravitacional), das deformações sofridas por um corpo (energia elástica), entre outros. 
Compreender esse conceito muitas vezes se torna difícil para nós que geralmente 
memorizamos o Principio da Conservação da Energia quando ouvimos “a energia pode ser 
transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída”, mas não percebe como ela 
acontece. Quem não ouviu a frase do químico francês Antoine Laurent Lavoisier: "Nada se 
perde, nada se cria, tudo se transforma"? Na física, aplica-se diretamente ao princípio da 
conservação de energia. Este relatório tem por finalidade mostrar diversos experimentos co o 
auxilio do simulador PhET onde é trabalhada a construção do conceito de Energia e suas 
transformações, transformação da Energia Potencial Gravitacional em energia Cinética e a 
Conservação da Energia Mecânica, com resultado, ilustrações e conclusões que são abordados 
aqui. 
 
 
 
4 
 
3. Introdução 
Vamos parar e pensar quantas vezes já ouvimos alguém dizendo a seguinte frase: “Nada 
se perde, tudo se transforma.” Essa frase é de Lavoisier, um famoso cientista francês do 
século XVIII. Podemos entender esta frase, por exemplo, quando colocamos água numa 
panela e a aquecemos, podemos ver que a água vai evaporando e o seu nível na panela vai 
diminuindo. Isso não significa que a água é perdida, mas que está se transformando em vapor 
d’água! E a água que escorre pelo ralo, também se transforma? Podemos pensar em termos de 
utilidade, isto é, a água que estava na caixa-d’água era útil, mas, depois que se foi pelo ralo, 
perdeu sua utilidade. Se quisermos utilizar novamente a água que se foi, teremos que pagar à 
companhia de água e esgoto, para que trate mais água e que esta seja enviada pelo 
encanamento até a nossa caixa-d’água! Ou seja, haverá um custo na reutilização da água que 
já foi utilizada (TAVARES, 2002). 
Diariamente, é comum usarmos muito a expressão “desperdício de energia”, que se refere 
ao desperdício dos vários tipos de energia, como, por exemplo: 
- Energia térmica: quando deixamos uma geladeira aberta, haverá um custo para que 
seu interior se esfrie novamente. 
- Energia elétrica: banhos de chuveiro elétrico demorados geram enorme consumo de 
eletricidade, que também terá um custo. 
- Energia química: carros mal regulados consomem mais do que o normal, 
aumentando assim o gasto de combustível. 
Todas essas transformações, cuja energia não pode ser reaproveitada, são chamadas de 
transformações. Ou seja, é impossível pegar o frio que sai da geladeira enquanto a porta está 
aberta e colocá-lo de volta dentro da geladeira. É impossível pegar a eletricidade que foi 
usada no chuveiro elétrico e colocá-la de volta no fio. É impossível usar o gás que saiu do 
escapamento de um automóvel, para encher novamente o tanque de gasolina (TAVARES, 
2002). 
Uma pequena parte das transformações é do tipo reversível, ou seja, a energia pode ser 
transformada em outra forma de energia e depois voltar a ser o que era. Um sistema que tem 
essa propriedade é chamado de sistema conservativo. 
3.1 Forças Conservativas e não conservativas 
Uma força conservativa caracteriza-se por executar um trabalho nulo quando se 
considera um percurso fechado. No sistema massa-mola, quando a massa retorna a um dado 
 
 
5 
 
ponto, ela tem a mesma energia cinética da passagem anterior, com a mesma capacidade de 
produzir trabalho, portanto o trabalho realizado pela mola foi nulo, neste percurso fechado. A 
energia potencial está sempre associada a uma força. A energia potencial de um corpo 
representa a capacidade dele produzir energia cinética ou, de maneira mais genérica, 
transformar essa energia num outro tipo de energia. Um corpo que está numa certa altura 
acima do solo, tem energia potencial gravitacional. Quando solto, ele cairá em direção ao 
solo, transformando essa energia potencial em energia cinética à medida que cai. Se 
colocarmos no solo uma mola numa posição adequada, o corpo irá atingi-la e comprimi-la até 
parar. Em síntese: a energia potencial gravitacional do início do movimento do corpo foi 
transformada totalmente em energia cinética que por sua vez foi transformada totalmente em 
energia potencial da mola. 
Em suma, o trabalho realizado por uma força conservativa possui sempre quatro 
características: 
1. É dado pela diferença entre os valores inicial e final da funçãoenergia potencial. 
2. É reversível. 
3. É independente da trajetória do corpo e depende apenas dos pontos inicial e final. 
4. Quando o ponto final coincide com o inicial, o trabalho realizado é igual a zero. 
Quando as únicas forças que realizam trabalho são conservativas, a energia mecânica 
total E = K + U permanece constante. 
Uma força não conservativa é chamada de força dissipativa. A força de atrito cinético 
e a força de arrasto são forças dissipativas. Vamos supor um bloco deslizando em um piso que 
não seja sem atrito. Durante o deslizamento, a força de atrito cinético exercida pelo piso 
realiza um trabalho negativo sobre o bloco, reduzindo sua velocidade e transferindo a energia 
cinética do bloco para outra forma de energia chamada de energia térmica (que está associada 
ao movimento aleatório de átomos e moléculas). Os experimentos mostram que esta 
transferência de energia não pode ser revertida (a energia térmica não pode ser convertida de 
volta em energia cinética do bloco pela força de atrito cinético). Assim, embora tenhamos um 
sistema (composto pelo bloco e pelo piso), uma força que atua entre partes do sistema e uma 
transferência de energia causada pela força, a força não é conservativa. Isso significa que a 
energia térmica não é uma energia potencial (HALLIDAY, et al., 2012). 
Vamos considerar uma força conservativa que atua sobre uma partícula ao longo de 
um percurso fechado, indo do ponto A até o ponto B pelo caminho 1 da figura ao lado, e 
voltando de B para A pelo caminho 2 . Temos então que: 
 
 
6 
 
Figura 1: Força exercida sobre uma partícula no percurso fechado. 
 
Fonte: UFPB 
 , 
Ou seja, 
 . 
Mas como a força é conservativa, ir e voltar pelo mesmo caminho 2 será apenas uma 
questão de sinal: 
 , 
 
E, finalmente: 
 
 . 
3.2 Trabalho e Energia Potencial 
Quando a força for conservativa, podemos definir a energia potencial associada à essa 
força. Define-se a diferença de energia potencial ∆U entre os pontos ⃗ e ⃗ do seguinte modo: 
 ( ⃗ ) ( ⃗ ) ∫ ⃗ ⃗
 
 
 . (1) 
Ou seja, 
 
 ( ⃗) ( ⃗ ) ∫ ⃗ ⃗
 ⃗
 ⃗ 
 ⃗( ⃗) ( ⃗) (2) 
A energia potencial é sempre definida em relação a um determinado referencial de 
energia. No caso anterior, definiu-se a energia potencial ( ⃗) no ponto definido pelo vetor ⃗ , 
em relação à energia potencial ( ⃗ ) no ponto definido pelo vetor ⃗ . Estamos definindo, 
desse modo, um referencial ( ⃗ ) de energia potencial e todos os outros valores serão 
medidos em relação a este referencial (TAVARES, 2002). 
3.3 Energia Potencial Gravitacional 
Em diversas casos, tudo se passa como se a energia fosse armazenada em um sistema 
para ser recuperada posteriormente. Por exemplo, precisamos realizar um trabalho para erguer 
uma pesada pedra acima de sua cabeça. Parece razoável que, elevando a pedra no ar, nós 
 
 
7 
 
estejamos armazenando energia no sistema, que será mais tarde convertida em energia 
cinética quando a pedra cair. 
O exemplo acima aponta para a ideia de que deve existir uma energia associada com a 
posição dos corpos em um sistema. Esse tipo de energia fornece o potencial ou a possibilidade 
da realização de um trabalho; quando uma pedra é elevada no ar, existe um potencial para um 
trabalho sobre ela ser realizado pela força da gravidade; porém, isso só ocorre quando a pedra 
é liberada. Por esse motivo, a energia associada com a posição denomina-se energia potencial. 
Nossa discussão sugere que existe uma energia potencial associada com o peso do corpo e 
com sua altura acima do solo, chamada de energia potencial gravitacional. Agora, temos duas 
maneiras de descrever o que ocorre quando um corpo cai sem resistência do ar. Uma delas é 
que a energia cinética de um corpo em queda aumenta porque a força gravitacional da Terra 
sobre o corpo (o seu peso) realiza trabalho sobre ele. A outra maneira é afirmar que a energia 
cinética aumenta à medida que a energia potencial gravitacional diminui (YOUNG et al., 
2016). 
Vamos considerar a principio uma partícula de massa m que se move de modo vertical 
ao longo de um eixo y (com o sentido positivo para cima). Quando a partícula se move do 
ponto yi ; para o ponto yf, a força gravitacional ⃗ realiza trabalho sobre ela. Para determinar a 
variação correspondente da energia potencial gravitacional do sistema partícula-Terra, usamos 
a (2) com duas modificações: (a) Integramos ao longo do eixo y em vez do eixo x, já que a 
força gravitacional age na direção vertical; (b) Substituímos a força F por -mg, pois ⃗ possui 
módulo mg e está orientada no sentido negativo do y. Temos: 
 ∫ ( )
 
 
 ∫ [ ]
 
 
 
 
, (3) 
E, portanto: 
 ( ) . (4) 
São apenas as variações da energia potencial gravitacional (ou de qualquer outro 
tipo de energia) que possuem significado físico. No entanto, para simplificar um cálculo ou 
uma discussão, às vezes gostaríamos de dizer que um certo valor de energia potencial 
gravitacional U está associado a um certo sistema partícula-Terra quando a partícula está a 
uma certa altura y. Para isso, escrevemos a (4) na forma: 
 ( ). (5) 
E tomamos Ui como a energia potencial gravitacional do sistema quando o sistema se 
encontra em uma configuração de referência na qual a partícula está em um ponto de 
 
 
8 
 
referência yi (HALLIDAY, et al., 2012) .Normalmente, tomamos Ui = O e yi = O. Fazendo 
isso, a (5) se torna: 
 ( ) . (Energia Potencial Gravitacional) (6) 
3.4 Conservação da Energia Mecânica 
A energia mecânica Emec de um sistema é a soma da energia potencial U do sistema 
com a energia cinética K dos objetos que compõem o sistema: 
 . (Energia Mecânica). (7) 
Veremos agora o que ocorre com a energia mecânica quando as transferências de 
energia dentro do sistema são produzidas apenas por forças conservativas, ou seja, quando os 
objetos do sistema não estão sujeitos a forças de atrito e de arrasto. Além disso, vamos supor 
que o sistema está isolado do ambiente, ou seja, que nenhuma força externa produzida por um 
objeto fora do sistema causa variações de energia dentro do sistema. 
Quando uma força conservativa realiza um trabalho W sobre um objeto dentro do 
sistema, essa força é responsável por uma transferência de energia entre a energia cinética K 
do objeto e a energia potencial U do sistema (HALLIDAY, et al., 2012). A variação de ΔK da 
energia cinética é: 
 (8) 
 Além disso, a variação da energia potencial, como já vimos, é: 
 . (9) 
Combinando as duas equações acima, teremos que: 
 . (10) 
 De outra forma, isso quer dizer que uma dessas energias aumenta exatamente da 
mesma quantidade que a outra diminui, Com isso, podemos reescrever a (10) da seguinte 
maneira: 
 ( ). (11) 
Onde os índices se referem a dois instantes diferentes e, portanto, a duas configurações 
distintas dos objetos do sistema. Reagrupando os termos da (11), obtemos a seguinte equação: 
 (Conservação da Energia Mecânica) (12) 
O que temos acima é que quando em um sistema isolado no qual apenas forças 
conservativas causam variações de energia, a energia cinética e a energia potencial podem 
variar, mas a soma das duas energias, a energia mecânica Emec do sistema, não pode variar. 
Este resultado é conhecido como princípio de conservação da energia mecânica. Com o 
auxílio da (10), podemos escrever este princípio de outra forma: 
 
 
9 
 
 (13) 
O princípio de conservação da energia mecânica permite resolver problemas que 
seriam muito difíceis de solucionar usando apenas as leis de Newton: “Quando a energia 
mecânica de um sistema é conservada, podemos igualar a soma da energia cinética coma 
energia potencial em um instante à soma em outro instante sem levar em conta o movimento 
intermediário e sem calcular o trabalho realizado pelas forças envolvidas”. (HALLIDAY, et 
al., 2012). 
O gráfico da energia potencial associada a uma força conservativa é muito útil na 
análise do movimento. A figura 2 mostra um exemplo; a curva representa a energia potencial 
total do sistema, em função da distância ao longo da trajetória, s (VILLATE, 2012). 
 Figura 2: Exemplo de energia potencial e energia mecânica. 
 
 Fonte: Física 1. Dinâmica - Jaime E. Villate 
3.5 Lei da Conservação de Energia 
As forças não conservativas não são representadas em termos de energia potencial. No 
entanto, é possível descrever os efeitos dessas forças usando outros tipos de energias 
diferentes da potencial e da cinética. Quando o freio é acionado e o carro desliza até parar, 
tanto a superfície da estrada quanto os pneus se aquecem. 
Quando a energia associa-se a uma mudança de estado de um sistema ela é chamada 
como energia interna. A energia interna de um corpo aumenta quando sua temperatura 
aumenta e diminui quando sua temperatura diminui. Exemplificando isso, vamos imaginar um 
bloco deslizando sobre uma superfície áspera. O trabalho realizado sobre o bloco pela força 
 
 
10 
 
de atrito é negativo, e a variação da energia interna do bloco e da superfície é positiva (o 
bloco e a superfície se aquecem). Experiências meticulosas mostram que a variação da 
energia interna ( ) é exatamente igual ao módulo do trabalho realizado pela força de 
atrito (YOUNG et al., 2016). Em outras palavras: 
 . (14) 
Substituindo na equação (12), teremos que: 
 . (15) 
Sabendo-se que ΔK = K2 – K1 e ΔU = U2 – U1, podemos reescrever a equação anterior 
da seguinte forma: 
 . (Lei da Conservação de Energia). (16) 
O resultado acima é uma forma geral da lei da conservação da energia. Em um dado 
processo, podem ocorrer variações da energia cinética, da energia potencial e da energia 
interna do sistema. Contudo, a soma dessas variações é sempre igual a zero. Havendo 
diminuição de uma dessas formas de energia, ocorrerá aumento de outra. Quando estendemos 
nossa definição de energia para incluir a energia interna, a Equação (16) mostra que a energia 
nunca pode ser criada ou destruída; ela pode apenas mudar de uma forma para outra. 
Nenhuma exceção a essa regra jamais foi observada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. Procedimento Experimental 
4.1 Materiais 
I. Um computador ou notebook com acesso a internet; 
II. Acessar o simulador PhET através no site: 
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/energy-skate-park 
 
4.2 Métodos 
A. Guia Intro: Foi selecionando o diagrama de energia, mantido a rampa no formato 
parabólico, colocado a skatista no ponto de inicio da rampa e analisado a 
conservação de energia com e sem a força de atrito; 
B. Guia Medições: usando ainda o mesmo formato parabólico e sem o atrito, nessa 
guia foram analisados os valores das energias em variados pontos da rampa por 
onde a skatista passou; 
C. Guia gráficos: Nesse ícone, o gráfico foi analisado de modo que o movimento 
realizado pela skatista fosse realizado em uma curva parabólica em duas situações: 
onde na primeira foi sem atrito e na segunda com o atrito onde há um foco maior 
na energia térmica; 
D. Guia Parque: Nessa guia foi construída uma rampa de skate com movimento 
circular e analisado um caso especial de lei de Newton para esse movimento; 
E. Por fim , foi respondido o questionário. 
 
5. Resultados e Discussão 
5.1 Guia Intro 
Incialmente, ao colocar a pessoa no topo da rampa de Skate de formato parabólico, é 
possível ver que o gráfico setorial estará todo azul o que representa a Energia Potencial, 
portanto, sem a apresentação de nenhum movimento teremos agindo a energia potencial 
gravitacional (Figura 3). Ao soltar a skatista a partir da maior inclinação, maior será a 
conversão dessa energia potencial em velocidade e, consequentemente, uma maior energia 
cinética (Figura 4). Percebe-se que há uma alternação entre a energia cinética máxima (no 
vértice da parábola) e a energia potencial máxima (no ponto mais alto da trajetória de onde a 
skatista parte), mas a energia total ou mecânica é sempre a mesma por que é conservada. 
 
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/energy-skate-park
 
 
12 
 
Figura 3: Energia total apenas em energia potencial. 
 
Fonte: PhET 
Figura 4: Energia total apenas em energia cinética. 
 
Fonte: PhET 
 Como não há atrito, a skatista consegue atingir a altura máxima de um ponto até outro 
ponto. Temos que o trabalho realizado pelas forças conservativas não provocam variação de 
energia no sistema, portanto, o trabalho realizado pelas forças conservativas entre a posição 
inicial e final só depende da energia potencial. Caso aumentasse o coeficiente de atrito, a 
skatista não conseguirá atingir a altura máxima, pois o coeficiente de atrito faz com que haja a 
realização de um trabalho que provoca variação de energia cinética no sistema até que a 
 
 
13 
 
skatista para. Nota-se que sem o atrito não existe energia térmica, pois a mesma é a 
quantidade de energia contida em algum sistema exclusivamente pelo efeito de sua 
temperatura que se relaciona ao calor, além disso, como já mencionado, não temos atrito, 
portanto, não há dissipação de energia, caso contrário, teríamos um sistema dissipativo. Caso 
aumentássemos a massa da skatista ocorrerá que a energia mecânica total aumenta e 
diminuindo a massa, a energia mecânica diminuirá, pois a massa é diretamente proporcional 
tanto à energia potencial gravitacional quanto à energia cinética. 
5.2 Guia Medições 
A vantagem na guia medições é avaliar os valores de energia, a altura e a rapidez em 
determinado ponto na rampa de skate. Assegurando que a superfície é sem atrito o que nos faz 
desconsiderar a energia térmica, e levando o medidor para qualquer ponto da rampa será 
possível observar que a energia total será 3524,0 J (Figura 5) e ao levá-lo a seguir para outro 
ponto, teremos que a energia total será a mesma, pois a energia se conserva, porém os valores 
de energia potencial e cinética mudam. 
Figura 5: Energia total em qualquer ponto da rampa. 
 
Fonte: PhET 
 Quando é colocado o medidor abaixo e o skatista passa por esse ponto, é possível ver 
que existe pouca energia potencial com 1,7 J (Figura 6), pois a rampa em relação ao solo fica 
no desnível, mas tem-se bastante energia cinética (3522,3 J), portanto, máxima, quando o 
skatista passa pelo ponto mais baixo e energia potencial é quase zero. Colocando o medidor 
no começo da rampa onde está o skatista e conforme é abaixado o medidor à proporção que a 
velocidade aumenta, a energia cinética aumenta e vai trocando com a energia potencial 
 
 
14 
 
gravitacional até chegar no ponto de equilíbrio da parábola que já foi discutido onde a energia 
potencial é baixa e a energia cinética muito mais alta. 
Figura 6: Comparação entre as energias cinética e potencial. 
 
Fonte: PhET 
5.3 Guia Gráficos 
Ao realizar a simulação com a skatista, temos a principio um sistema ideal, pois não 
há atrito e quando o movimento é realizado podemos observar o pontilhado azul que 
representa a energia potencial onde no começo do movimento é máxima e diminui ao ponto 
que a energia cinética representada pelo pontilhado verde vai aumentando até ocorrer um 
cruzamento, isto é, uma intersecção com a energia potencial indicando igual valor de energia 
para os dois tipos (Figura 7). Depois desse cruzamento, a energia cinética vai aumentando até 
atingir o ponto máximo que é no ponto de equilíbrio da rampa e a energia potencial mínima 
chegando quase em zero. 
 
 
15 
 
Figura 7: Intersecções das energias cinética e potencial. 
 
Fonte: PhET 
 
 Após isso ocorrea conversão, ou seja, a energia potencial vai aumentando até chegar 
ao seu valor máximo e a energia cinética vai diminuindo até as energias se cruzarem 
novamente com os mesmos valores para energia potencial e cinética até essa última diminuir. 
Foi observado também que a linha pontilhada que representa a energia térmica permaneceu 
constante em todo o momento, mas ao aumentar o atrito ocorrerá uma variação de energia 
cinética provocando também uma variação de energia mecânica no sistema. Isso pode ser 
notado ao verificar no gráfico que a energia térmica estará subindo (Figura 8) o que significa 
que a força de atrito está realizando trabalho provocando uma variação de energia no sistema. 
Percebe-se que a linha verde não atinge mais o seu máximo em energia potencial. A energia 
total permanece constante, pois temos a soma de energia mecânica do sistema envolvendo 
dessa vez a energia térmica, potencial e cinética, mas o coeficiente de atrito está realizando 
um trabalho provocando uma variação no sistema. 
 
 
16 
 
Figura 8: Energia térmica (vermelho) subindo com a força de atrito. 
 
Fonte: PhET 
 Em resumo, quando há atrito é observado que a energia cinética e energia potencial 
não são máximas e temos o aumento significativo da energia térmica. Por fim, à medida que 
aumentamos o coeficiente de atrito percebe-se que o skatista diminui o ritmo do movimento 
até parar. 
5.4 Guia Parque 
Nesta área foi construída uma pista de skate (Figura 9). A skatista foi colocada no 
inicio dessa pista e solta de modo que ela pudesse fazer um “loop”. Como nas primeiras vezes 
isso não foi possível, foi necessário aumentar a pista. Isso ocorre, pois quando é aumentada a 
altura de onde a skatista parte, a energia potencial também aumentará, logo é mais energia 
para ser transformada em energia cinética e, com isso, mais velocidade a skatista vai ter para 
conseguir completar o “loop”. 
 
 
17 
 
Figura 9: Pista construída. 
 
Fonte: PhET 
A conservação de energia que ocorre nessa simulação não é muito diferente do que já 
foi analisado nas guias anteriores. No entanto, algo interessante e que pode ser analisado aqui 
é uma das descrições da lei de Newton, em especial, onde a skatista encontra-se no ápice de 
uma parte da pista que é circular (Figura 10). Nesse ponto, a única força que está agindo, se o 
atrito for nulo, é a força peso ou, neste caso, a força centrípeta. Portanto, podemos nos fazer a 
seguinte pergunta: Por que a skatista não cai? A skatista não cai, pois a força peso está 
mudando o vetor velocidade que é tangencial a superfície. No movimento circular e uniforme 
há a alteração do vetor velocidade e, portanto, essa alteração é infinitesimal. No ápice, essa 
força é puxada para baixo no sentido para o centro assim como em todo o instante da 
trajetória dentro do círculo. 
 
 
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Figura 10: Força centrípeta. 
 
Fonte: PhET 
 
 
5.5 Questionário 
 
Quando foi realizado esse procedimento no simulador de modo que parecesse o mais 
igual possível como tá na questão, percebeu-se que o skatista não conseguiu realizar o loop, 
pois a altura de onde ele parte é insuficiente para que ele consiga passar pela corcunda. 
Quando é aumentada a altura de onde a skatista parte, a energia potencial também aumentará, 
 
 
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logo é mais energia para ser transformada em energia cinética e, com isso, mais velocidade a 
skatista vai ter para conseguir completar o “loop”. 
 
 
Se antes tínhamos o problema da altura, neste caso, teremos, além disso, o atrito, pois 
com o aumento o coeficiente de atrito, a skatista não conseguirá atingir a altura máxima para 
superar a primeira corcunda, pois o coeficiente de atrito faz com que haja a realização de um 
trabalho que provoca variação de energia cinética onde a anergia potencial também será 
convertida em energia térmica no sistema até que a skatista pare. 
 
 
 
20 
 
Com a superfície sem atrito e com o aumento da altura de onde a skatista nesse ponto, 
a energia potencial também aumentará, logo é mais energia para ser transformada em energia 
cinética e, com isso, mais velocidade a skatista vai ter para conseguir completar o “loop”. 
 
Mesmo com o máximo de atrito, é possível perceber que temos uma altura 
significativa que fará com que o skatista passe pela primeira corcunda. Com o aumento da 
velocidade, teremos toda a energia potencial convertida em energia cinética e em muita 
energia t. 
 
Observando a imagem é possível verificar os joelhos do patinador apontam para a 
esquerda (indicativo de que ele esta subindo na colina esquerda), mas, no caso, em que nota-
se que há o aumento da energia potencial, que na verdade está sendo convertida em energia 
 
 
21 
 
cinética. Realizando esse experimento no simulador PhET, percebeu-se que o skatista chegue 
no momento em que está na imagem houve a conversão, ou seja, aumento da energia cinética 
em potencial que para que ocorresse, precisaria descer a colina direita. 
 
No ponto C, pois é onde a energia cinética e potencial se igualam (se intersectam). 
 
No ponto D em momentos antes de restar somente a energia cinética. 
 
 
22 
 
 
Nessa posição, pois é em momentos antes da energia potencial e cinética se igualar. 
 
O gráfico de pizza seria maior. No entanto, em relação as suas informações não 
mudariam em relação a questão anterior. Portanto, a energia cinética continuaria maior, mas 
com sua diminuição, pois a partir do momento em que ela se iguala com a energia potencial, 
essa ultima passa a aumentar. 
 
 
23 
 
 
Quando utilizei o simulador e realizado o movimento sobre a pista de skate até o ponto 
em que a energia potencial é convertida em energia cinética, na velocidade de 7,7 m/s as 
energias se igualam, mas ainda continuam a aumentar. No entanto, quando a skatista chega no 
ponto de equilíbrio da parábola, a velocidade diminui e ocorre o contrário, isto é, a energia 
cinética se converte em energia potencial até o momento em que se igualam na velocidade 
também de 7,7 m/s que vai diminuindo. Com essa análise, é possível eliminar a letra A, B, D 
e E, restando apenas a letra C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
 
5. Conclusão 
 
Com os conceitos propostos neste relatório, as ilustrações e as simulações realizadas, foi 
possível observar tipos de energia e suas transformações, com isso obtemos resultados 
satisfatórios e concretos de como acontece à transformação de energia. Na guia “intro” 
verificamos que sem atrito, a skatista consegue atingir a altura máxima de um ponto até outro 
ponto. Temos que o trabalho realizado pelas forças conservativas não provocam variação de 
energia no sistema, portanto, o trabalho realizado pelas forças conservativas entre a posição 
inicial e final só depende da energia potencial. Em “valores” foi realizado algo parecido, mas 
desta vez, utilizando valores para as energias. Em “gráficos” observamos o “cruzamento” 
entre a energia cinética e potencial, ou seja, o momento em que se igualam quando a skatista 
chega a uma certa posição na rampa. Além disso, foi explorado um pouco sobre a energia 
térmica que passou a surgir quando trabalhamos na superfície com atrito. Por fim, na aba 
“Parque”, foi construído uma rampa de skate e analisado as energias se conservando e 
observado um tipo de força peso especial que é a força centrípeta. 
 As simulações foram simples, de fácil entendimento e capaz de tirar dúvidas e fixar 
conceitos físicos que com explorações orais e leituras muitas vezes se torna de difícil 
compreensão. Portanto, embora considerado complexo o estudo da física quando 
desenvolvido de forma experimental torna-se atrativo e de fácil compreensão, visto que, as 
aulas práticas, mesmo que com simulações de programas, despertam no aluno o interesse e a 
curiosidade influenciando de maneira significativa para que o mesmo se torne um pesquisador 
e construtor do seu conhecimento.25 
 
 
6. Referências 
 
[1] Romero Tavares da Silva. Notas de Aula de Física. Conservação de Energia. Disponível 
em: http://www.fisica.ufpb.br/~romero/pdf/08_conservacao_da_energia.pdf 
Acesso em: 04 de janeiro de 2022. 
 
[2] Jaime E. Villate. Fisica 1 - Dinâmica. Faculdade e Engenharia – Universidade do Porto. 
Trabalho e Energia. Págs 73 – 83. Disponível em: 
https://fisica.fe.up.pt/pub/Villate_manual_13.pdf 
Acesso em: 04 de janeiro de 2022. 
 
[3] Fundamentos de física, volume l: mecânica I David Halliday, Robert Resnick, Jearl 
Walker ; tradução e revisão técnica Ronaldo Sérgio de Biasi. - Rio de Janeiro: LTC, 
2012. Energia Potencial e Conservação de Energia. Págs 172 – 189. 
 
[4] Física I, Sears e Zemansky : mecânica / Hugh D. Young, Roger A. Freedman ; 
colaborador A. Lewis Ford; tradução Daniel Vieira; revisão técnica Adir Moysés Luiz. – 14. 
ed. – São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. Energia Potencial e Conservação de 
Energia. Págs 223 - 247. 
 
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http://www.fisica.ufpb.br/~romero/pdf/08_conservacao_da_energia.pdf
https://fisica.fe.up.pt/pub/Villate_manual_13.pdf