Um bloco é conectado a uma mola que é suspensa do teto. Supondo que a resistência do ar seja desprezada, descreva as transformações de energia que ocorrem dentro do sistema que consiste no bloco, na Terra e na mola quando o bloco é posto em movimento vertical.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um bloco preso numa mola suspensa no teto e pergunta sobre as transformações de energia que acontecem quando o bloco se move verticalmente. A matéria envolvida aqui é a energia mecânica, que inclui energia potencial e energia cinética. Vamos precisar entender como essas energias se transformam uma na outra enquanto o bloco se move para cima e para baixo.
Passo 2
Primeiro, quando o bloco está no repouso na posição de equilíbrio (aonde a mola está esticada pela força do peso do bloco), a energia potencial elástica da mola está em seu valor mínimo, mas ainda assim há energia potencial gravitacional devido à altura do bloco em relação a algum ponto de referência.
Passo 3
Quando o bloco é puxado para baixo ou para cima e solto, ele começa a se mover. Nesse movimento, a energia potencial elástica da mola aumenta ou diminui dependendo da direção do movimento. Ao mesmo tempo, a energia cinética do bloco (que depende da velocidade) aumenta quando o bloco acelera e diminui quando ele desacelera.
Passo 4
Durante o movimento, ocorre uma troca contínua entre energia cinética (
) e energia potencial elástica (
), seguindo a relação:
Isso significa que quando o bloco está no ponto mais baixo ou mais alto, a energia cinética é mínima e a energia potencial é máxima. No ponto de passagem pela posição de equilíbrio, a energia cinética é máxima e a energia potencial é mínima.
Passo 5
Além disso, a energia potencial gravitacional também está envolvida. Quando o bloco sobe, ganha energia potencial gravitacional, e quando desce, essa energia se transforma de volta em energia cinética e potencial elástica da mola.
Resposta
As transformações de energia no sistema acontecem da seguinte forma: a energia potencial elástica da mola se converte em energia cinética do bloco durante o movimento, e vice-versa. Paralelamente, a energia potencial gravitacional do bloco também se transforma em energia cinética conforme o bloco se move para baixo e retorna quando ele sobe. Dessa forma, há uma troca contínua entre energia potencial (elástica e gravitacional) e energia cinética durante o movimento vertical do bloco.