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Voltar a: Atividades Laboratoriais – 10.º Ano
🧲 Física · 10.º ano · Atividades Laboratoriais
AL 1.2 │ Movimento vertical de queda e ressalto de uma bola: transformações e transferências de energia
🔬 Atividade📖 Teóricas🧪 Laboratoriais🧮 Práticas🏁 Exames e TI
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💡 A pergunta desta atividade
Larga uma bola: ela ressalta, mas nunca à mesma altura. Quanta energia se perde em cada choque e de que depende? Vais descobri-lo medindo, passo a passo, como num laboratório a sério. Cada quadro explica um passo; carrega em ⛶ Ecrã inteiro para o projetares na aula.
📐 Formulário (só as fórmulas das metas) — clica para abrir
🎯 No fim deves saber
- identificar transformações e transferências de energia na queda e no ressalto;
- medir alturas, indicar o resultado com incerteza (média e incerteza de observação) e calcular o desvio percentual;
- construir o gráfico h1(hq), obter a equação da reta e prever alturas;
- obter v e v′ a partir das alturas, calcular e e a percentagem de energia dissipada;
- relacionar a dissipação com a elasticidade e comparar bolas e superfícies.
🧠 A física por trás, em 1 minuto
1 · No topo
A bola está parada a uma altura hq: toda a energia é potencial gravítica.
✋ Prevê: se duplicares hq, a energia potencial…
2 · A cair
Ao cair, Ep transforma-se em Ec. Sem resistência do ar a energia mecânica conserva-se: m g hq = ½ m v².
✋ Prevê: se duplicares a altura de queda, a velocidade de chegada…
3 · O choque
No choque, parte da energia mecânica é dissipada (deformação, aquecimento, som). O coeficiente de restituição e diz quanto sobra.
dissipação = (1 − e²) × 100 = %
✋ Prevê: qual dissipa mais energia: uma bola com e = 0,90 ou com e = 0,60?
4 · A subir
Depois do choque a bola sobe e Ec volta a ser Ep: ½ m v′² = m g h1.
✋ Prevê: a velocidade à saída do solo é…
5 · Mais baixo
Como a energia mecânica diminuiu, h1 < hq. Mexe nos cursores e vê.
dissipação = %
✋ Prevê: com e² = 0,50 e hq = 1,00 m, quanto vale h1?
6 · O gráfico
Os pontos (hq; h1) ficam sobre uma reta de declive e². Muda a elasticidade e vê o declive.
para hq = 1,50 m: h1 = m
dissipação = %
✋ Prevê: com declive 0,50, que percentagem da energia mecânica se dissipa em cada choque?
🎯 O que vamos fazer — fá-lo tu, passo a passo
1 · Larga a bola
Vais fazer a experiência tu mesmo. Carrega em Largar: a bola cai, bate no chão e sobe outra vez, mas não tão alto. O sensor regista a altura do 1.º ressalto.
2 · Calcula o coeficiente de restituição
Com hq = 1,20 m e h1 = 0,60 m:
e = h1hq
3 · Que percentagem de energia se perdeu?
A energia mecânica diminuiu na colisão. A percentagem dissipada é:
(1 − h1hq) × 100
4 · Prevê o que vais descobrir
Na atividade vais repetir isto para 5 alturas e fazer o gráfico de h1 em função de hq.
✋ Prevê: se largares a bola de uma altura maior, a altura do 1.º ressalto será…
🧰 O material: monta tu, peça a peça (e fica a saber para que serve)
1 · Coloca a peça (1 de 5)
A bola vai bater e ressaltar: precisas de uma superfície. Arrasta (ou toca em) a peça certa para a zona a piscar.
2 · Coloca a peça (2 de 5)
Como lês as alturas de queda e de ressalto? Falta um instrumento na vertical.
3 · Coloca a peça (3 de 5)
Agora falta o corpo que vai cair e ressaltar.
4 · Coloca a peça (4 de 5)
Como registar a posição da bola muitas vezes por segundo, sem a tocar?
5 · Coloca a peça (5 de 5)
Quem recolhe os dados do sensor e desenha o gráfico da distância em função do tempo?
📏 Passo 1: medir a altura de queda hq
Da base ao centro da bola
- Coloca a régua na vertical, encostada ao solo (zero em baixo).
- Sobe a bola até à altura pretendida e lê a base da bola na régua, com o olho à altura da marca (evita erro de paralaxe).
- Regista hq com a incerteza de leitura.
Mede-se sempre a mesma referência: base = centro − d2 (d = diâmetro).
O centro da bola (6,5 cm de diâmetro) está a 1,000 m.
Evita o erro de paralaxe
✋ Prevê: para evitar o erro de paralaxe, lês a régua…
Incerteza de leitura da régua
✋ Prevê: régua com divisões de 1 mm: a incerteza de leitura é…
🎾 Passo 2: escolher a bola e a superfície
Qual é mais elástica?
- Escolhe uma bola e uma superfície. Em cada série só mudas uma coisa.
- Pesa a bola (se for pedido) e regista o material da superfície.
- A elasticidade do par «bola + superfície» vai definir quanta energia se dissipa no choque.
✋ Prevê: qual destas bolas é mais elástica (maior e)?
Uma variável de cada vez
✋ Prevê: em cada série mudas…
🏀 Passo 3: largar a bola
Como largar
- Segura a bola à altura hq, parada.
- Abre a mão sem empurrar. A bola cai e ressalta.
- Com o sensor ligado, fica registada a posição em função do tempo; ou observa o 1.º ressalto e lê h1 na régua.
✋ Prevê: a bola deve ser…
Que ressalto medir
✋ Prevê: qual ressalto se mede?
📈 Passo 4: ler o gráfico do sensor
Lê hq no gráfico
- Lê a distância inicial da bola ao sensor (0,25 m) e a distância do solo ao sensor (1,45 m, quando a bola bate).
- Procura o mínimo da curva depois do 1.º choque: é o ponto mais alto do ressalto (0,85 m).
- Converte distâncias ao sensor em alturas.
h = dsolo − dsensor. O solo está a 1,45 m do sensor e a bola partiu de 0,25 m.
Lê h1 no gráfico
O mínimo do gráfico depois do 1.º choque é 0,85 m.
Onde está o ponto mais alto?
✋ Prevê: o ponto mais alto da bola corresponde no gráfico…
🔁 Passo 5: repetir 3 vezes e calcular a incerteza
Calcula a média
- Para cada altura de queda, larga a bola 3 vezes e regista h1.
- Calcula o valor mais provável (média) e a incerteza de observação.
- Escreve o resultado e o desvio percentual.
Três largadas: 0,66 · 0,65 · 0,67 m.
h̄1 = ha + hb + hc3
Calcula a incerteza de observação
u = |hi − h̄|máx
Calcula o desvio percentual
ur = uh̄ × 100
⚡ Passo 6: da altura para a velocidade (conservação da energia)
Velocidade à chegada
- Queda e subida (sem resistência do ar): a energia mecânica conserva-se.
- Chegada ao solo: Ep → Ec. Saída do solo: Ec → Ep até ao máximo.
- Na colisão parte da energia é dissipada.
v = 2 g hq, com g = 9,8 m s-2 e hq = 1,20 m.
Velocidade à saída
v′ = 2 g h1, com h1 = 0,80 m.
Coeficiente de restituição
e = v′v
🗂 Passo 7: a tabela com 5 alturas
Calcula uma linha da tabela
- Escolhe 5 alturas de queda igualmente espaçadas (ex.: 0,40 · 0,60 · 0,80 · 1,00 · 1,20 m).
- Para cada uma, regista a média h̄1 (3 largadas).
- Calcula e em cada linha: devem sair valores parecidos.
e = h1hq. Primeira linha: hq = 0,40 m e h1 = 0,26 m.
| hq (m) | h̄1 (m) | e = h1hq |
|---|---|---|
| 0,40 | 0,26 | 0,81 |
| 0,60 | 0,39 | 0,81 |
| 0,80 | 0,52 | 0,81 |
| 1,00 | 0,66 | 0,81 |
| 1,20 | 0,78 | 0,81 |
O que esperar nas linhas
✋ Prevê: nas 5 linhas os valores de e devem sair…
| hq (m) | h̄1 (m) | e = h1hq |
|---|---|---|
| 0,40 | 0,26 | 0,81 |
| 0,60 | 0,39 | 0,81 |
| 0,80 | 0,52 | 0,81 |
| 1,00 | 0,66 | 0,81 |
| 1,20 | 0,78 | 0,81 |
Quantas alturas?
📐 Passo 8: o gráfico h1(hq) e a reta de ajuste
Calcula o declive
- Eixos: hq na horizontal e h1 na vertical.
- Marca os 5 pontos e, na calculadora, faz a regressão linear.
- Lê a equação da reta: o declive é e².
Dois pontos da reta: (0,40; 0,26) e (1,20; 0,78).
declive = h1,2 − h1,1hq,2 − hq,1
Do declive ao coeficiente
O declive é e².
e = declive
Prevê uma altura não medida
Equação da reta (calculadora): h1 = 0,655 hq − 0,002.
🔍 Passo 9: interpretar o declive
Dissipação no betão
- O declive é e²: a fração da energia que se mantém em cada choque.
- O que falta, 1 − e², é a fração dissipada (energia interna e som).
- Para a mesma bola, menor declive ⇒ superfície menos elástica ⇒ mais dissipação.
dissipação (%) = (1 − declive) × 100. Betão: declive 0,72.
Dissipação na alcatifa
Alcatifa: declive 0,52.
Compara
✋ Prevê: com a mesma bola, onde se dissipa mais energia?
⚠️ Erros: de onde vêm e como reduzi-los
Impulso ao largar
✋ Prevê: largar a bola com um pequeno impulso, sempre, é um erro…
Ler «a olho»
✋ Prevê: ler o ponto mais alto «a olho», umas vezes mais e outras menos, é um erro…
Resolução da régua
✋ Prevê: a régua só tem divisões de 1 mm (± 0,5 mm). É um erro…
Agora és tu: o laboratório virtual
- Escolhe a bola, a superfície e a altura de queda hq.
- Carrega em ▶ Largar e lê h1 no sensor. Faz 3 largadas por altura.
- Repete para 5 alturas igualmente espaçadas e lê a reta e o declive.
- Troca de bola ou de superfície e compara os declives. Cumpre as missões!
Experimenta isto no laboratório
Conclusão da atividade
- A bola não volta à altura de onde caiu porque, na colisão, parte da energia mecânica é dissipada.
- O gráfico h1(hq) é uma reta cujo declive é e².
- A equação da reta permite prever h1 para uma altura de queda não medida.
- Comparando declives de bolas ou superfícies, vês onde se dissipa mais energia.
Aspetos históricos · Newton e o coeficiente de restituição
Nos Principia (1687), Isaac Newton descreveu experiências de choques entre corpos suspensos por fios e concluiu que a velocidade relativa de afastamento após o choque é uma fração constante da velocidade relativa de aproximação. Essa fração é o que hoje chamamos coeficiente de restituição, e.
Na tua experiência, a bola bate num solo parado: e = v′v = h1hq. Quanto mais perto de 1, mais «saltitona» é a bola.