Rampa e carga: aceleração em declive
1 · Prever
Se você liberar a carga do repouso e aumentar o ângulo da rampa, o que acontecerá com sua velocidade após o mesmo período de tempo?
- Acelera mais rápido – uma rampa mais íngreme proporciona uma aceleração maior.
- Atinge a mesma velocidade – o ângulo não afeta a rapidez com que acelera.
- Acelera mais lentamente – uma rampa mais íngreme proporciona uma aceleração menor.
2 · Preparar
- Abra a predefinição Ramp & Load na sandbox de mecânica.
- Selecione a rampa e use o Inspetor para definir seu ângulo de inclinação para este teste.
- Solte a carga do repouso no topo e leia sua velocidade na sonda após o tempo decorrido listado.
3 · Coletar Dados
| Ângulo de rampa (deg) | Carregar massa (kg) | Tempo decorrido (s) | Velocidade (m/s) | Energia cinética (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
Plote a velocidade (eixo y) em relação ao ângulo de rampa (eixo x) para os testes fixos de 1 s. O relacionamento é uma linha reta?
4 · Analisar
- Usando v = g sin θ · t, calcule a velocidade esperada para cada linha e compare-a com o que você leu na sonda.
- A massa da carga permanece fixa em 3 kg durante todas as três tentativas enquanto o ângulo muda. O que isso lhe diz sobre a relação entre massa e aceleração em uma rampa sem atrito?
5 · Aprofundar
- Duas cargas de massas diferentes são liberadas do mesmo ângulo ao mesmo tempo. Qual deles chega primeiro ao fundo? Use seus dados para justificar sua resposta.
- Rampas reais têm atrito. Se essa rampa não fosse sem atrito, a velocidade medida seria maior ou menor que sua previsão v = g sen θ · t, e por quê?
A física por trás deste experimento
Energia Cinética
A energia cinética da carga aumenta com o quadrado da sua velocidade à medida que ela acelera na rampa – duplicando a velocidade quadruplica o KE.
Energia Potencial Gravitacional
Em uma rampa sem atrito, o PE gravitacional que a carga perde à medida que desce é convertido inteiramente na energia cinética que ganha – nada é perdido em calor.