Usando pêndulo para determinar energia potencial, cinética e mecânica

Conceituar energia não é tão simples quanto parece. Deve-se ter em mente que na natureza ela aparece de formas variadas. Nessa postagem, vamos através do experimento do pêndulo e com a ajuda da análise do tracker compreender o que é energia potencial, cinética e mecânica. 

Energia potencial

Entendemos energia potencial como uma energia que fica armazenada nos corpos e tem a capacidade de se transformar em outra. No caso da energia mecânica, temos dois tipos de energia potencial, são elas a potencial gravitacional (Epg) e potencial elástica (Epe).

Imagine uma pedra na beira de um penhasco. Caso ela seja empurrada, ela certamente cairá. Isso acontece porque a Terra exerce uma força de atração nesse corpo conhecida como força gravitacional. Essa "capacidade de cair" a qualquer momento é a força potencial gravitacional. Esta pode ser calculada por Epg= m.g.h

Agora imagine um estilingue em suas mãos e um objeto prestes a ser lançado. Quanto mais esticarmos o elástico, mais longe o objeto irá. Isso se deve a constante elástica da borracha que nos permite afirmar que quanto maior for a deformação dela, mais energia potencial será armazenada. Para calculá-la utilizamos:

Energia cinética

Energia cinética é a energia do estado de movimento. Tudo que está em movimento possui energia cinética. Um carro em movimento, uma pessoa correndo, uma bolinha de gude descendo uma ladeira etc. A energia é calculada por:

Análise do Tracker

Na análise do vídeo, vamos observar que a Energia potencial se transformará em cinética e a cinética em potencial no movimento de ida e volta do pêndulo.

Objeto na extrema esquerda:

Neste extremo, a energia potencial gravitacional é máxima, pois o pêndulo está na sua altura máxima, e a energia cinética é nula, pois o corpo não está em movimento, ou seja, velocidade nula. Pela análise do tracker conseguimos ver que a altura do objeto é 0,199m. A massa do corpo é 1 kg e o valor da gravidade é 9,8 m/s². Substituindo na equação temos: 

           Epg= (1kg).(9,8 m/s²).(0,199m)=1,911 J 

Objeto no centro: 

No centro, a energia potencial se anula, pois o objeto não possui altura. A energia cinética é máxima, pelo fato de o objeto estar com velocidade máxima. Com a análise, temos o objeto com 2,09 m/s Substituindo os valores na equação temos: 

Ec= 2,18 J

Objeto na extrema direita:

Analogamente ao lado esquerdo, o objeto terá altura máxima (0,199m) energia cinética nula, e como já sabemos, a energia potencial gravitacional será 1,911 J.

Calculando a Energia mecânica do sistema

A energia mecânica do sistema será dada pela soma da energia potencial gravitacional e a energia cinética. 

Substituindo temos: Emec = (1,911J) + (2,18J) = 4,091 J

Link do vídeo:

https://drive.google.com/file/d/0B_l0_y1VejlsNE16U0ZFNTFaRU0/view