UM PRATO EM 'LOOP' - Sacramentinas - Colégio … · Web viewO esquema ilustra uma manobra da...

Experiência nº 1 - UM PRATO EM “LOOP”

O esquema ilustra uma manobra da Esquadrilha da Fumaça na qual aeronaves em formação realizam um “loop”.A palavra “loop” se refere a trajetórias em forma de “laço” como as realizadas por aeronaves e pilotos especialistas em demonstrações aéreas.

O “loop” também pode ser realizado por carrinhos que se movem em trilhos, como em certos brinquedos existente em parques de diversão, tal como o ilustrado na foto.

Realizando o “loop” usando um copo com água Um copo com água colocado em cima de um prato suportado por 3 fios, pode ser posto a girar e o sistema realizar um “loop vertical circular” . Isto sem cair qualquer gota de água, mesmo que no ponto mais alto da trajetória a boca do copo esteja voltada para baixo!

Material um prato de plástico ou um pedaço de madeira circular; três fios de nylon (ou barbante grosso) de 60 cm, que são amarrados na beirada do prato

em pontos eqüidistantes (para isso, deve-se dividir o círculo em três setores de 120º); Um copo de plástico com água, até a metade, para ser colocado no prato conforme ilustrado

acima. Funcionamento

1. O “loop vertical” deve começar com um movimento pendular, de amplitude cada vez maior. 2. Deste modo, a velocidade tangencial na parte mais baixa da trajetória torna-se cada vez

maior.3. Quando a amplitude corresponder, aproximadamente, a um ângulo de 180º, no momento

que o prato passar pelo ponto mais baixo, aumente a tração nos fios para aumentar a velocidade e assim conseguir a realização do “loop” com segurança.

3. Com um pouco de prática, pode-se “controlar” a velocidade tangencial de modo que o copo realize o “loop” com sucesso, ou seja, complete a sua trajetória circular vertical sem cair do prato quando no ponto mais alto de sua trajetória

Por que a água não cai quando o copo passa pelo ponto mais alto da trajetória circular vertical?

Este experimento faz as pessoas sentirem que, no topo da trajetória, “ uma velocidade tangencial maior exige uma tração no fio também maior”, o que confirma o princípio da inércia de movimento : “os corpos persistem, naturalmente, em manter a velocidade e a direção do seu movimento” a não ser que uma força,não balanceada, passe a atuar sobre o corpo, obrigando-o à mudanças de trajetória e/ou de velocidade.. No topo da trajetória, as forças que atuam no copo, que são: - “T “(tração do fio) e “mg” (peso do corpo), estão, momentaneamente, perpendiculares à velocidade do copo e, por isso, a soma T + mg , que é a “força centrípeta” (que puxa o corpo para o centro) tem a única função de “encurvar” o movimento sem alterar o valor da velocidade. Por isso, quanto maior for a velocidade, maior deve ser a tração para obrigar o corpo a realizar a trajetória circular. No topo da trajetória, com velocidade suficiente, o copo [ mesmo sem a presença da tração (T=0) ], ao invés de cair, tende a sair pela tangente.O copo somente cairia na vertical se a sua velocidade fosse nula (v = 0) . Se v < (gR)1/2 o copo cai, mas não na vertical. Para uma análise mais completa e pormenorizada, deve-se aplicar o conceito de força centrípeta, Fc ( Fc = mv2/R).

1

Experiência nº 2 - TRAJETÓRIAS CIRCULARES ("LOOPs")

O esquema ilustra uma manobra da Esquadrilha da Fumaça na qual aeronaves em formação realizam um “loop”. A palavra “loop” se refere a trajetórias em forma de “laço” como as realizadas por aeronaves e pilotos especialistas em demonstrações aéreas.

O “loop” também pode ser realizado por carrinhos que se movem em trilhos, como em certos brinquedos existente em parques de diversão, tal como o ilustrado na foto.O “loop” pode ser vertical (como o da foto), ou em outro plano qualquer.

Modelo de “loop” vertical Um modelo para verificar o funcionamento de um “loop” vertical pode ser feito utilizando-se uma canaleta de alumínio, dobrada adequadamente e presa numa estrutura de madeira, conforme ilustrado no esquema.A altura da parte mais alta da canaleta (H) deve ser maior do que 2,5.R onde R é o raio do “loop”, suposto circular.

Funcionamento A demonstração do “loop” é feita soltando-se uma esfera (bolinha de vidro ou de aço) de uma certa altura ( ponto A) em relação a parte mais baixa da trajetória. Observa-se que existe uma altura mínima abaixo da qual a esfera não realiza o “loop”.

Explicação Modelo ideal: não considerando as forças de atrito nem o movimento de rotação da esfera. A energia mecânica se conserva, em qualquer ponto da trajetória, ou seja: Energia Mecânica em A = Energia Mecânica em B. Assim, desprezando-se a rotação (energia cinética de rotação) obtém-se o resultado: mgH = (1/2)mv2 + mg(2R), onde m = massa da esfera e v = velocidade da esfera ao passar por B. A velocidade mínima da esfera para fazer a curva em B, sem desprender-se, está relacionada com a força centrípeta em B, de forma que a 2a Lei de Newton aplicada em B resulta em: mv2/R = mg , e, portanto, v2 = Rg. Substituindo-se esse resultado na expressão inicial e fazendo as simplificações obtém-se o valor da altura mínima na qual a esfera deve ser solta, para que efetue o “loop” com sucesso: H = (5/2).R

Modelo real: leva em consideração o atrito e a energia cinética de rotação da esfera. Nesse caso, a altura mínima resulta num valor maior e igual a 2,7.R, pois parte da Energia Potencial em A, será transformada em Energia Cinética de Rotação da esfera e também dissipada em forma de energia sonora, vibracional e de calor.

2

Experiência nº 3 - BEXIGA A JATO ou BALÃO FOGUETEMATERIAL1. Uma bexiga.2. Um pedaço de linha.3. Fita adesiva.4. Um canudo.5. Paredes.

COMO FAZER1. Passe a linha pelo canudo2. Prenda cada ponta da linha em uma

parede de seu quarto, com a fita adesiva. Coloque também dois pedaços de fita adesiva no canudo.

3. Encha a bexiga com a boca. Quando estiver bem cheia, segure o bico para que o ar não escape.

4. Prenda-a no canudo, nas fitas adesivas que você colocou anteriormente.

5. Solte a bexiga.

O QUE ACONTECEA bexiga desloca-se rapidamente.

POR QUE ACONTECE?A bexiga desloca-se com rapidez quando você deixa o ar escapar por seu bico. É a mesma maneira de funcionamento de um motor a jato.

BALÃO-FOGUETEObjetivoMostrar que num sistema onde inicialmente não existe movimento nenhum e então 2 partes diferentes do sistema começam a se movimentar, existe uma compensação: os movimentos ocorrem na mesma direção, porém em sentidos opostos.

ContextoO Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear diz que "todo sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear", esta podendo ser inicialmente nula ou não.Neste experimento, o sistema considerado é o balão e o ar que ele contém, para o qual a quantidade de movimento linear inicial é nula.

Idéia do ExperimentoO experimento consiste de aproveitar o movimento de um balão cheio quando é solto com a entrada de ar aberta de tal modo que este movimento seja retilíneo.A idéia é a de explorar a compensação de quantidades de movimentos que ocorre neste experimento. Enquanto o balão se desloca para um lado, o ar que escapa dele se desloca no sentido oposto.

Material Um balão(Do tamanho normal de balões usados em aniversário) Linha (2 m ou mais) (Qualquer tipo de linha lisa serve. Nos nossos testes, a linha usada para

soltar pipas do tipo 10 deu melhores resultados.) Fita adesiva Canudo de refrigerante

3

Montagem Grude o canudo sobre o centro do balão, com ela ainda vazio. Passe uma das pontas da linha por dentro do canudo. Coloque o balão na extremidade correta. Encha o balão e solte-o.

Comentários A forma do balão e a posição na qual se cola a fita sobre o balão são fatores cruciais para o

sucesso do experimento. É aconselhável praticar um pouco, para que se identifique o ponto ideal de contato, uma vez que a forma dos balões varia muito.

Esquema Geral de Montagem

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia – UNESP/Bauru

4

Experiência nº 4 - DISCO FLUTUADOR PARA VERIFICAR A LEI DA INÉRCIAProf. Jorge Roberto Pimentel/ Dept o de Física/ UNESP- Rio Claro/SP

A inércia é uma propriedade intrínseca dos corpos que torna necessária a aplicação de forças para alterar seu estado de movimento. Por exemplo, lançando-se um objeto sobre uma superfície horizontal ele se movimenta por uma certa distância até parar devido às forças de atrito. Se o atrito for diminuído o objeto irá deslocar-se muito mais e, devido à sua inércia, para ter a velocidade alterada (em módulo, direção ou sentido), será necessária a aplicação de uma força.A constatação experimental desse fato pode ser feita utilizando-se um pequeno disco que flutua sobre uma camada de ar. A presença da camada de ar diminui bastante o atrito entre o disco e a superfície de deslizamento. Isto possibilita que o movimento possa ser mantido por um tempo razoável, permitindo discutir com os alunos sobre a Lei da Inércia e relacionar situações do cotidiano em que ela está presente.A montagem do disco mostrado na figura seguinte é muito simples.Ela pode ser feita pelos alunos em sala de aula e não requer qualquer ajuste para funcionar. São necessários os seguintes materiais: um CD (usado ou novo) o corpo de uma seringa descartável de 5 ml uma porção de massa de modelar um balão de látex (utilizado em festas de

aniversário) Esquema do disco flutuador A seqüência para sua montagem é a seguinte:

o CD deve ser utilizado de modo que a face que contém o rótulo fique voltada para baixo. A face espelhada deverá estar voltada para cima e sobre ela serão presos os demais componentes. o corpo da seringa descartável deve ser centralizado sobre o orifício existente no CD, com as abas apoiadas na superfície espelhada. Em seguida, as abas devem ser totalmente envolvidas e fixadas com a massa de modelar, de modo a evitar qualquer possível vazamento de ar. O fluxo de ar será controlado pelo orifício existente no corpo da seringa, onde normalmente é encaixada a agulha. o balão de látex deve ser parcialmente inflado e encaixado no corpo da seringa. O balão não deve ser muito inflado, uma vez que poderá inclinar-se e atrapalhar o movimento do disco. Para evitar que ele esvazie rapidamente, deve-se manter o orifício do CD fechado com um dedo. OBS: O diâmetro do corpo da seringa de 5 ml, adapta-se muito bem à boca dos balões de látex, não havendo necessidade de amarrá-la para evitar que o ar escape.

O disco deve ser lançado sobre uma superfície limpa e horizontal e seu movimento observado, discutindo-se as noções e implicações da Lei da Inércia.

DISCO FLUTUANTEObjetivoMostrar a influência que o atrito exerce sobre o movimento de um objeto.ContextoO Princípio da Inércia, ou Primeira Lei de Newton, diz que "um objeto tende sempre a manter o seu estado de movimento, este podendo também ser o de repouso, se não houver a ação de forças externas". E o atrito, ou melhor, as forças de atrito, são na maioria dos casos, as responsáveis pelo fato de que não se observa comumente um objeto se deslocando continuamente sem a ação de uma outra força propulsora.Este experimento serve para mostrar que quando posto em movimento, um objeto desloca-se por distâncias maiores se são removidas fontes de atrito. Quanto mais fontes se remover, maior será a distância percorrida. Se removermos todas as fontes de atrito, então é plausível que o objeto se desloque para sempre.Idéia do Experimento

5

mailto:[email protected]?subject=DISCO%20FLUTUADOR%20PARA%20VERIFICAR%20A%20LEI%20DA%20IN%C3%89RCIA

O experimento consiste de um disco de papelão preparado de tal modo que possa ser acoplado um balão de borracha (bexiga) cheio de ar. Quando liberado, o ar contido na bexiga deve sair pela parte de baixo do disco (aquela que fica em contato com a superfície de um piso ou mesa).Primeiramente usa-se o disco sem o balão acoplado. Através de petelecos, tenta-se pôr o disco em movimento. Observa-se a distância percorrida, que vai depender da rugosidade das duas superfícies em contato: a do disco e a da mesa ou piso.Ao se acoplar o balão e permitir a saída do ar, o mesmo peteleco aplicado ao disco aumenta sensivelmente a distância percorrida.A idéia é explorar este aumento de distância percorrida como conseqüência direta da diminuição do atrito entre o disco e a superfície da mesa devido à camada de ar que existe agora entre as duas superfícies. O atrito entre cada superfície e o ar é bem menor que entre as duas superfícies.No entanto, a inclusão do balão traz uma nova fonte de atrito para o conjunto disco+balão, que é a resistência do ar ao movimento do balão. O fato é que o atrito total do conjunto ainda é menor que o atrito do disco sozinho. É por isto que aparatos mais sofisticados que aproveitam "colchões" de ar e dispensam o uso do balão, são mais eficazes.Materiais

Um pedaço de papelão (Desse tipo usado em embalagens grosseiras para artigos de supermecado.)

Cartolina Uma caneta esferográfica (Usamos da marca BIC, sem necessidade da carga) Bexiga Fita adesiva Cola

Montagem Corte o papelão em forma de disco, com um diâmetro

aproximadamente de 10 cm e com um furo no centro de aproximadamente 2mm de diâmetro.

Corte três discos de cartolina: o primeiro com aproximadamente 6 cm de diâmetro e um furo central de 2mm de diâmetro; o segundo e o terceiro com 4 e 2 cm de diâmetro, respectivamente, com furos centrais com o mesmo diâmetro do corpo da tampa do fundo da caneta BIC (aproximadamente 4 mm).

Cole o maior círculo de cartolina, sobre o papelão, de forma que os furos centrais coincidam. Faça um furo no fundo da tampinha vedante da caneta BIC (a tampinha do fundo da caneta), com um alfinete com aproximadamente 2 mm de diâmetro. Cole a tampinha de base para bixo sobre o primeiro pedaço de cartolina já colado anteriormente, de forma a coicidirem os furos centrais. Encaixe e cole sobre a tampinha o segundo e o terceiro discos de cartolina.

Depois de colado e bem seco, o conjunto ficará com o seguinte aspecto: Para vedação, cole um pedaço de fita adesiva no furo existente no tubo da

caneta Prenda a bexiga no fundo do tubo da caneta, também com fita adesiva.

Toda vez que precisar encher a bexiga, basta retirar o tubo da caneta do encaixe

Comentários Esquema Geral de Montagem

A escolha do papelão é uma parte delicada. Ele não pode ser muito pesado, o que ocorre com alguns tipos

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

Experiência nº 5 - BOTÃO PREGUIÇA6

MATERIAL1. Garrafa 2. Botão 3. Cartão

COMO FAZER1. Ponha o cartão sobre a boca da garrafa. 2. Coloque o botão em cima do cartão (o botão deverá ser menor que a boca da garrafa). 3. Dê um peteleco no cartão.

O QUE ACONTECEO cartão sai voando e o botão cai dentro da garrafa.

POR QUE ACONTECE? O botão cai por causa da inércia, que faz o que está parado continuar parado e o que está em movimento continuar em movimento. Assim, o cartão quando empurrado pelo peteleco sai voando e o botão parado cai dentro da garrafa porque o cartão sai de baixo.

7

Experiência nº 6 - OVO MALUCO

MATERIAL:um ovo cru.

COMO FAZER:1- Gire o ovo.2- Pare o ovo rapidamente e solte.

O QUE ACONTECE:O ovo continua girando.

POR QUE ACONTECE?O ovo continua girando por causa da inércia. Ela faz com que as coisas continuem a fazer o que estão fazendo. O que está se movendo continua a se mover e o que está parado continua parado. Assim, quando você pára o ovo que está girando, a clara e a gema dentro dele continuam em movimento.

8

Experiência nº 7 - CINEMÁTICA DOS DOMINÓS(Velocidade escalar média)

Prof. Luiz Ferraz Netto [email protected]ção

Creio que todos já viram peças de dominó arrumadas, uma atrás da outra, formando longas filas. Os padrões --- desenhos, caminhos ---, por vezes, são bastante complicados. O tombamento começa quando se derruba a primeira delas. Cada peça, ao cair, bate na seguinte e a derruba... e assim a "perturbação" vai avançando.

* Com que rapidez a "frente da perturbação" avança?** Com que rapidez cada peça derruba a seguinte?*** Qual a velocidade máxima que se consegue para a "frente da perturbação" e para cada peça individualmente?

O desafio dessa atividade experimental é maximizar a velocidade para derrubar uma fila de 100 peças de dominó. Na montagem da fila, deve-se adotar um espaçamento uniforme entre as peças. Para responder a essas perguntas e vencer o desafio, basta que o experimento seja repetido algumas vezes ou realizado simultaneamente por vários grupos de alunos. Material: Trena, 4 jogos de dominós (4x28peças = 112 peças), cronômetro, papel, lápis e fita crepe.

Para cada grupo de alunos, os 4 jogos de dominó devem ser idênticos (mesmo fabricante), mas os conjuntos podem ser diferentes de um grupo para outro. Se for possível conseguir dominós coloridos, adquira 3 caixas de uma mesma cor e 1 caixa de cor diferente. Dessa maneira, ao arrumar a fila, podemos usar um dos dominós de cor diferente para marcar cada décima peça, mas nesse caso é importante que todas as peças de um mesmo grupo de alunos, exceto pela cor, sejam idênticas (material, peso, comprimento, largura e espessura). Preparando e perguntandoCada grupo de alunos deve montar sua fila (reta) de dominós com 100 peças. O espaçamento entre as peças deve ser uniforme e, além disso, deve ter uma medida tal que proporcione a obtenção da máxima velocidade de avanço ["frente da perturbação"] e da máxima velocidade de queda de cada peça individual.

Será que há alguma relação entre a distância do espaçamento comum entre dominós, o comprimento do dominó e a velocidade média da queda dos dominós?

Explicação básica: Para que possamos responder a essas questões, será necessário comparar os resultados dos diversos grupos de alunos, mas para que essa comparação seja possível devemos ter uma unidade padrão para indicar o espaçamento entre peças. Com essa unidade padrão, o fato de os dominós dos diversos grupos terem ou não medidas iguais deixará de ser significativo, permitindo a comparação efetiva dos resultados. Mas como estabeleceremos essa unidade-padrão? “É simples: se o espaçamento entre peças for expresso em termos de Comprimentos de Dominó” [que designaremos por CD], grupos diferentes, com dominós diferentes dos demais, poderão comparar seus resultados. Definiremos o CD da seguinte maneira: tome a medida do espaçamento comum entre peças (em cm) e divida pelo comprimento da peça (também em cm).

Isso nos dará o espaçamento em Comprimentos de Dominó. Assim, o CD será uma medida relativa e, como tal, adimensional.Vejamos um exemplo hipotético: Grupo (A): espaçamento comum entre peças = 2 cm; comprimento da peça = 4 cm; então: CD(a) = 2 cm/4 cm = 0,5 CD

Uma dica: é importante que, na montagem da fila, a distância comum entre peças não seja inferior a 0,1 CD nem superior a 0,9 CD.

9

mailto:[email protected]

http://www.feiradeciencias.com.br/sala04/domino1

Interpretando os resultadosA partir das informações acumuladas pelos vários grupos, já podemos, a esta altura, dar resposta à questão:

Que espaçamento permitirá a maior velocidade média?Uma boa maneira de encaminhar objetivamente a interpretação de resultados numéricos é a seguinte: 1. Organize os dados em uma tabela (que pode ser como essa, que sugerimos abaixo), para ser preenchida por cada grupo:

2. Construa um gráfico geral das velocidades médias obtidas (eixo de y) versus espaçamento (eixo de x),em comprimentos de dominó; 3. Explique a forma do gráfico (o esboço que mostramos abaixo é fruto de uma série de experimentos reais).

Observe que: quando as peças estão colocadas bem próximas (0,2 CD) a velocidade de avanço da perturbação será mais baixa porque a velocidade com que cada peça toca a seguinte é menor em relação ao que ocorre quando o espaçamento é igual a 0,6 CD. Por outro lado, quando os dominós estão bastante separados (0,9CD), a velocidade de avanço também será mais lenta porque leva mais tempo para que um toque o próximo.

Extensão do experimentoI. Baseado nas observações e relações desenvolvidas acima faça uma previsão para indicar qual comprimento e qual espaçamento uma fila de dominós deverá ter para que o tempo de queda total seja de 1 minuto. Com que velocidade média essa fila estará tombando?II. Com que velocidade média os dominós tombariam se você organizasse:

(a) 75 deles com um espaçamento de 0,3 comprimentos de dominó?(b) 50 deles com um espaçamento de 0,6 comprimentos de dominó?

Dica: Pode-se construir uma única fila de 125 dominós, mas com dois espaçamentos diferentes (um espaçamento para os 75 primeiros e outro para os demais). III. Já que você está brincando e aprendendo com os dominós, por que não os usa para simular uma reação em cadeia? a) Em vez de montar os dominós em uma linha direta na qual um dominó simplesmente bate naquele que está na frente dele, organize os dominós de forma que cada dominó bata em dois outros dominós, ou seja, que o primeiro bate em dois outros, que batem em outros quatro, depois em oito e assim por diante. b) Compare o tempo para tombar 100 dominós nessa disposição com o tempo para derrubar 100 deles em fila reta. Essa montagem serve para nos dar uma idéia da rapidez com que ocorre, por exemplo, uma reação nuclear em cadeia, e como ela se sustenta. Nesse modelo, porém, a perturbação é transmitida apenas em uma direção, enquanto na reação em cadeia real essa transmissão se verifica em todas as direções.

10

Experiência nº 8 - GIRA-GIRA IObjetivoEste experimento visa mostrar que a direção da velocidade é tangencial à trajetória descrita por um objeto em movimento circular.ContextoImagine um carrinho de brinquedo andando em linha reta no chão de sua sala. Então você dá um empurrãozinho nele para o lado esquerdo. Ele vai mudar um pouco sua direção para a esquerda e depois continuará a andar em linha reta. Você empurra o carrinho da mesma maneira outra vez, e mais uma, e de novo, de novo... o carrinho consequentemente vai mudar de direção repetidas vezes. Imagine então, se houvesse uma força empurrando o carrinho constantemente para um lado, ele mudaria de direção constantemente e acabaria por descrever uma curva. A força que faz com que um corpo qualquer faça uma curva é chamada força centrípeta e é orientada para o centro da curva, perpendicularmente à direção da velocidade.Idéia do experimentoO experimento consiste em soltar a linha que induz o giro duma borracha e observar o que acontece. Apresenta-se a seguinte situação: você gira uma borracha presa por uma linha em torno de si (veja a figura 1). Enquanto segura a linha, você impõe uma força, através dela, que mantém a borracha em movimento circular. Quando a linha é solta, deixa de agir sobre a borracha a força que a mantinha na curva, então ela sai em disparada na direção natural do seu movimento: tangencial à circunferência. Utilize sua frente como referêcia, realize a expêrincia soltando a linha quando a borracha estiver bem a frente do seu campo de visão.Você observará que a borracha caiu paralela à direção dos seus ombros e quem presta a atenção na direção da borracha depois de solta, verá que ela não permanece em trajetória curva nem radial (sentido do raio), mas tangencial. Assim prova-se que a orientação do movimento é, uma vez liberto da força centrípeta, em linha reta tangencial à circunferência descrita.Material

Uma borracha escolar Linha de nylon (Deve ser lisa para facilitar o movimento e resistente para dar maior

segurança. A linha de nylon (de pesca) se encaixa bem nesse perfil. Cerca de 1,2m são suficientes)

Montagem Vá para um local aberto, sem obstáculos. Pode ser feito em sala de aula, desde que o sujeito

fique de frente para o quadro, de tal modo que a borracha não cause danos, quando solta. Amarre a borracha com uma ponta da linha. Segure a outra ponta e gire.

Esquema de montagem:

fig(1) fig(2)


11

Experiência nº 9 - GIRA-GIRA IIObjetivoMostrar que a força para manter um objeto em rotação é proporcional a sua velocidade.

ContextoImagine um carrinho de brinquedo andando em linha reta no chão de sua sala. Então você dá um empurrãozinho nele para o lado esquerdo. Ele vai mudar um pouco sua direção para a esquerda e depois continuará a andar em linha reta. Você empurra o carrinho da mesma maneira outra vez, e mais uma, e de novo, de novo... o carrinho consequentemente vai mudar de direção repetidas vezes. Imagine então, se houvesse uma força empurrando o carrinho constantemente para um lado, ele mudaria de direção constantemente e acabaria por descrever uma curva. A força que faz com que um corpo qualquer faça uma curva é chamada força centrípeta e é orientada para o centro da curva, perpendicularmente à direção da velocidade.Se você já viajou num ônibus, já sentiu estar sendo jogado para o lado cada vez que este dobra uma esquina. Algumas vezes isso acontece mais intensamente do que em outras. No entanto, em todas as vezes você termina no mesmo lugar onde começou (sentado no banco). O que acontece é que o ônibus faz uma curva e você tende a continuar o seu movimento em linha reta na mesma direção que vinha tendo. Mas não sai do ônibus porque acaba por entrar em contato com ele, e ele lhe força para que também faça a curva. Quanto mais rápido o ônibus virar, maior será a força aplicada por ele para que você permaneça na curva. Concluímos então que quanto mais rápido um objeto percorre uma trajetória circular, maior será a força centrípeta para mantê-lo numa circunferência.Idéia do experimentoO experimento consiste em girar em torno de si uma pequena borracha presa por uma linha (acompanhe a explicação vendo a figura abaixo). À uma ponta da linha se prende a borracha; à outra ponta dela se prende uma sacola contendo uma determinada quantidade de bolinhas de gude. A linha atravessa uma latinha de bebida. Tenta-se então, segurando na latinha, girar a borracha suficientemente rápido para manter pendurada a sacola com as bolinhas de gude. Existe uma relação força centrípeta-velocidade de giro: uma é proprocional à outra. Assim, para manter suspensa a sacola, 20 bolinhas de gude, a borracha terá que girar bem mais rápido do que se houvesse 20 bolinhas de gude. Comece pondo um tanto de bolinhas de gude dento da sacola e então tente sustentá-la girando a borracha com ajuda da latinha; ponha mais um pouco de bolinhas e repita; encha mais a sacola e tente ergue-la apenas girando a borracha. Você perceberá que é preciso girar a borracha cada vez mais rapidamente. O peso que você produz pondo bolinhas de gude na sacola corresponde à força centrípeta que agirá na borracha; assim como é preciso uma força centrípeta maior para uma velocidade circular maior, é preciso uma velocidade circular maior para uma força centrípeta (o peso da sacola) maior.

Materiais: Uma latinha de refrigerante vazia (Das comuns de 350ml) Linha de nylon (Deve ser lisa para facilitar o movimento e resistente para dar maior

segurança. A linha de nylon (de pesca) se encaixa bem nesse perfil. Cerca de 1,2 a 1,5m são suficientes)

Um prego Uma sacola (Se for plástica, use duas para grantir que não arrebente) Um clips grande Uma borracha escolar Bolinhas de gude (Um bocado,depende da velocidade de rotação que se quer imprimir)

Montagem Fure o centro do fundo da latinha com ajuda do prego. Passe a linha pela latinha passando do furo no fundo até além da boca da latinha. Prenda bem ponta do lado do furo à borracha. Prenda os laços da sacola ao clips, de modo que os laços passem por dentro dele. Amarre ponta da linha que sobrou (do lado da boca da latinha) no clips.

12

De acordo com o experimento, ponha as bolinhas dentro da sacola, segure na latinha e gire a borracha.

Comentários Apesar da robustez do nylon e do formato do furo no fundo da lata, a linha tem uma certa

tendência a romper se utilizada em demasia (10min de girando), pois aos poucos a lata vai avariando a linha.

As bolinhas de gude foram escolhidas porque são baratas e fáceis de serem encontradas, mas podem ser substituídas desde que sejam seguidas as devidas proporções de massa em relação à borracha. Uma boa idéia é usar objetos encontrados em sala de aula, como estojos etc.

Amarre muito bem a borracha, afinal, não queremos que niguém tome uma borrachada a toa. O nó de forca é muito eficiente para isto.

Esquema de montagem

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruMHS/FCL

13

Experiência nº 10 - GIRA-GIRA IIIObjetivo Queremos mostrar que qualquer objeto em movimento circular não tende a sair pela linha que o liga ao centro da curva, quando liberado das forças que lhe impõem este movimento circular.Contexto Imagine um carrinho de brinquedo andando em linha reta no chão de sua sala. Então você dá um empurrãozinho nele para o lado esquerdo. Ele vai mudar um pouco sua direção para a esquerda e depois continuará a andar em linha reta. Você empurra o carrinho da mesma maneira outra vez, e mais uma, e de novo, de novo... o carrinho consequentemente vai mudar de direção repetidas vezes. Imagine então, se houvesse uma força empurrando o carrinho constantemente para um lado, ele mudaria de direção constantemente e acabaria por descrever uma curva. A força que faz com que um corpo qualquer faça uma curva é chamada força centrípeta e é orientada para o centro da curva, perpendicularmente à direção da velocidade. Se você já viajou num ônibus, já sentiu estar sendo jogado para o lado cada vez que este dobra uma esquina. Algumas vezes isso acontece mais intensamente do que em outras. No entanto, em todas as vezes você termina no mesmo lugar onde começou (sentado no banco). O que acontece é que o ônibus faz uma curva e você tende a continuar o seu movimento em linha reta na mesma direção que vinha tendo. Mas não sai do ônibus porque acaba por entrar em contato com ele, e ele lhe força para que também faça a curva. Quanto mais rápido o ônibus virar, maior será a força aplicada por ele para que você permaneça na curva. Concluímos então que quanto mais rápido um objeto percorre uma trajetória circular, maior será a força centrípeta para mantê-lo numa circunferência. Idéia do experimento O experimento consiste em uma bolinha de gude girando numa tampa de embalagem de pizza cuja borda tem um corte do exato tamanho da bolinha. A impressão que a maioria das pessoas tem sobre algo que está girando é que este tende para fora na direção de uma flecha que aponta do centro. Seguindo este raciocínio, quando a bolinha está girando ela não sairá da tampa porque a borda a impede. Então quando ela passa pelo corte na borda, deverá sair da tampa como se estivesse sendo atirada para fora; mas o inesperado acontece: a bolinha cruza a abertura, não sai da tampa e continua a girar. O que acontece é que, pra começo de conversa, a bolinha não tende para fora como todos imaginávamos e por tanto nunca seria atirada para fora da tampa. Lembra do carrinho? Ele ia tranquilamente em linha reta até que levou um empurrão e mudou de direção e logo voltou a correr em linha reta. Com a bolinha de gude é a mesma coisa. A bolinha gira porque há algo, a borda, que lhe impõe constantemente uma força para o centro da circunferência. Quando esta força para o centro (força centrípeta) desaparece, no instante em que a bola passa pelo buraco na borda (pois não há mais borda para ''empurrá-la''), ela toma a direção natural de seu movimento naquele momento: para frente, tangente à curva. Então ela encontra a borda e, da quina em diante onde volta a existir a força cetrípeta, volta a prosseguir novamente em curva. O buraco é feito de modo a deixar a bolinha sair da tampa somente se estivesse realmente indo para fora; como isto não acontece somos levados a aceitar a idéia de que o corpo não está sendo de fato atirado para fora.Material Uma embalagem de pizza ou de goiabada (Deve ser de embalagens circulares) Uma bolinha de gude

Montagem Use uma das dua partes da embalagem da pizza. Recorte um pedaço da borda igual ao diâmetro da bolinha de gude. Provoque o movimento da bolinha e então observe o que acontece.

Comentários: O buraco deve ter as dimensões da bolinha de

gude. Se o buraco for muito grande a bolinha sairá pois não encontrará a borda à sua frente.


14

Esquema de montagem

Experiência nº 11 - ARRASTÃOObjetivoO experimento visa mostrar que não há relação entre a força de atrito que age em um objeto e sua área de contato com a superfície em que desliza.Contexto

Pelo princípio da inércia, um objeto em movimento tende a permanecer em movimento a menos que uma força o pare. Imagine um carro se movendo em linha reta com velocidade constante ao longo de uma pista plana. Em determinado instante o motorista deixa de pisar no acelerador do carro e, através do câmbio, "corta" a conexão do motor com as rodas ("ponto morto"). O carro segue livre da força do motor que o impulsionava. Então, pelo princípio da inércia, ele nunca pararia. Mas pára; sem que bata, seja freado ou alguém o empurre. A força que o faz parar vem do atrito do carro com o ar e com o chão. Visto pelo microscópio, as superfícies do pneu e do asfalto são rugosas como a figura abaixo mostra.

Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.Idéia do experimentoA maior parte das opiniões a respeito da relação entre a força de atrito e a área de atrito entre um objeto qualquer e uma superfície é que quanto maior a área de contato, maior a força de atrito. A idéia do experimento consiste em algumas caixas de CD puxadas por um elástico fino de duas formas: na primeira estão dispostas espalhadas como um tapete, na segunda elas estão empilhadas - com uma área de contato com a superfície muito menor que a primeira. Se na iminência do movimento das caixas, a distensão do elástico for igual nas duas situações, conclui-se que a força de atrito não depende da área de contato entre as superfícies. Estamos supondo que a distensão do elástico mede a força aplicada para vencer a força de atrito.Em nossa experiência a força de atrito aumentou quando a área de contato diminuíu (mas não na mesma proporção), fato que vai contra a idéia que a maioria das pessoas têm a respeito. Percebe-se neste caso, que ao empilhar as caixas e ocasionar um aumento de pressão de contato, aumentamos o número de soldas microscópicas, apesar da área ter diminuído.Materiais:

Três caixas de CD ("compact disk") (Outros objetos que possam ser trabalhados de modo semelhante devem servir.)

Um elástico fino (Tentamos vários tipos de elásticos achatados, mas somente elásticos roliços são sensíveis o suficiente com as caixas de CD, encontrados em lojas de armarinho)

15

Figura 1

Uma régua Fita adesiva Caneta hidrocor (Ou qualquer uma que seja capaz de marcar o elástico) Lápis

Montagem Ponha três caixas de CD sobre uma mesa. Prenda o elástico na primeira caixa. Complete uma estrutura, como na Figura 2, prendendo as caixas de CD uma atrás da

outra. Puxe o elástico até que ele fique esticado, porém não distendido; faça uma

marquinha nele com a caneta. Esta marca será seu indicador. Ainda na mesma posição, risque uma reta na mesa na direção do elástico com o lápis

e marque, na reta, qual a posição do indicador no elástico. Deslize a régua sobre a reta (para que ela não atrapalhe o movimento das caixas) até

que ela marque zero centímetros na marca que você fez na mesa. Puxe o elástico até que o conjunto esteja quase se movendo. Registre o quanto o

elástico esticou. Repita mais algumas vezes e faça uma média dos valores registrados.

Descole a última caixa, dobre a segunda sobre a primeira, e ponha-a sobre as outras duas como na Figura 3.

Repita o procedimento de medida anterior e compare os valores das duas medidas.Comentários

Cuidado para não colocar a fita adesiva, que prende o elástico, em contato com a mesa; isto pode acarretar erros sensíveis.

Caso a mesa seja muito lisa, ponha um papel contínuo sob o conjunto das caixas para aumetar a força de atrito. Caso não tenha papel contínuo, disponha as folhas de papel que tiver (a ponta de uma sobre o final da outra) de modo que não interfiram no movimento das caixas.

Esquema de montagem

Figura 2

Figura 3Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

16

Experiência nº 12 - SEGREDO DA CAIXAObjetivoO experimento visa mostrar que há relação entre a força de atrito que age em um objeto e o peso desse objeto.Contexto


Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.Idéia do experimentoCom uma caixa de sapatos, fita adesiva, régua e elástico é fácil fazer um "medidor de força de atrito". A idéia do experimento é descobrir se a força de atrito entre a caixa e a mesa aumenta quando aumenta o peso que a caixa aplica sobre a mesa. Para construir o "medidor" usa-se a caixa de sapatos presa a um elástico, sobre uma superfície plana horizontal (uma mesa serve). Na iminência do movimento (a caixa está quase se movendo) a força que é aplicada é igual a força de atrito (porque a caixa ainda está parada). Nestas condições pode-se medir a intensidade da força de atrito pela dilatação do elástico. Então, se dentro da caixa estiverem dois livros iguais, o elástico alongará o dobro do que alongaria se ali estivesse apenas um, caso a força de atrito seja proporcional ao peso dentro da caixa. E é exatamente o que acontece: a dilatação do elástico dobra quando dobra o peso da caixa.Materiais Uma caixa de sapatos Um elástico (7cm são suficientes. Os elásticos achatados são melhores que os roliços

para esse experimento. Eles podem ser encontrados em lojas de armarinho) Uma régua Fita adesiva Dois livros (Os livros devem ser aproximadamente iguais)

Montagem Ponha a caixa de sapatos sobre uma mesa limpa. Prenda o elástico à caixa com ajuda da fita adesiva.

17

Figura 1

Ponha um livro dentro da caixa e puxe o elástico até que ele fique esticado (mas não distendido). Faça uma marquinha no elástico com a caneta. Ela será seu indicador.

Faça uma reta na mesa ao longo da direção do elástico e marque, na mesa, o local apontado pelo indicador.

Deslize a régua sobre a reta (para que ela não atrapalhe o movimento da caixa) até que ela marque zero centímetros na marca que você fez.

Puxe o elástico até o ponto em que a caixa está quase se movendo. Neste momento meça a dilatação do elástico.

Ponha o outro livro dentro da caixa e repita a experiência. Compare os valores.

Comentários A superfície da mesa deve ser uniforme. Os livros podem ser substituídos por outros objetos. Baseado nas equações da força de atrito e da lei de Hooke para molas, este

experimento se torna uma balança rústica.Esquema de montagem


18

Experiência nº 13 - LIXAObjetivoO experimento mostra que a força de atrito depende das superfícies dos objetos em contato.Contexto


Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.Idéia do experimentoO experimento consiste em uma caixa de giz puxada por um elástico sobre duas superfícies diferentes: uma folha de papel e uma folha de lixa. As soldas microscópicas surgem do contato entre as rugosidades das superfícies (veja a Figura 1). Logo, é de se esperar que quanto menos falhas e "rugas" a superfície tiver, menos "soldas" acontecerão. Isto quer dizer que quanto mais lisa e uniforme forem as superfícies dos objetos em contato, menos soldas acontecerão. E como a força de atrito nasce dessas soldas microscópicas, chega-se a conclusão que quanto mais lisa for uma superfície, menos atrito aparecerá entre os objetos em contato.A superfície do papel é visivelmente mais lisa que a superfície da lixa. Acontecerão muito mais soldas microscópicas da caixa com a folha de lixa do que com a folha de papel. Logo a força de atrito que aparecerá ao puxar a caixa sobre a folha de lixa, será muito maior do que quando estiver sobre a folha de papel. Quando se põe a caixa sobre o papel ou a lixa e puxa-se o elástico preso a ela, ele começa a se distender. Até que na iminência do movimento (quando a caixa estiver quase se movendo), a força de atrito ainda será igual à força aplicada pelo elástico e esta pode ser medida pela distensão do mesmo. E observa-se que o elástico fica muito mais esticado quando a caixa estiver sobre a folha de lixa do que quando estiver sobre a folha de papel. Conclui-se então que a força de atrito será muito maior quando caixa estiver sobre a folha de lixa do quando estiver sobre a folha de papel. Fato que comprova que quanto mais lisa e uniforme forem as superfícies em contato, menos força de atrito surgirá entre elas.Materiais:

19

Figura 1

Uma caixa de giz (Se trata de um daqueles estojos para giz que os professores geralmente usam, mas qualquer objeto de forma, peso e textura similar deve servir.)

Um elástico fino (Os elásticos roliços são os mais sensíveis, mas caso não tenha em mãos, também servirá um chato. Tanto um, como outro podem ser encontrados em lojas de armarinho)

Uma folha de papel (Sulfite, almaço, cartolina, dobradura) Fita adesiva Uma folha de lixa (Recomendamos uma lixa d'água número 180. Caso, não consiga

este modelo, dê preferência à folha de lixa mais lisa possível que achar.) Uma tachinha (Também conhecida como percevejo)

Montagem Prenda o elástico na caixinha de giz usando a tachinha. Prenda a folha de papel sobre uma mesa com a fita adesiva. Prenda a folha de lixa sobre a mesa, com a fita adesiva, ao lado da folha de papel. Ponha a caixinha de giz sobre a folha de papel presa na mesa. Puxe o elástico até a iminência do movimento e observe sua dilatação. Ponha a caixinha de giz sobre a folha de lixa e repita o procedimento anterior.

Compare os resultados.Comentários

Pode haver dificuldade em prender a lixa sobre a mesa. Uma dica é prender apenas a parte de trás da lixa fazendo enroladinhos com a fita adesiva ou usando fita adesiva de dupla face.

Esquema de montagem


20

Experiência nº 14 - ROLAMENTOObjetivoO experimento visa mostrar que a força de atrito que aparece numa situação de rolamento é muito menor que numa situação de deslizamento.Contexto


Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.Idéia do experimentoObviamente é muito mais fácil empurrar um carrinho de supermercado com rodinhas do que um sem elas. O experimento vai explicar o porquê disto. Ele consiste numa caixa de giz puxada por um elástico sobre um punhado de lápis enfileirados.A idéia é descobrir em qual situação é mais fácil puxar a caixinha de giz sobre os lápis: na primeira onde eles ficam imóveis, ou na segunda onde ficam soltos e rolam por sob a caixinha.

Imagine as superfícies do lápis e da caixa como na Figura 1. Pense que a ponta da sua caneta é uma parte da superfície de um lápis e que a tampa da sua caneta é uma parte da superfície da caixa. No contato das duas superfícies acontece uma microsolda; seria como a tampa se encaixando na caneta. Na verdade não acontecem encaixes perfeitos como o da tampa com a caneta em todos os contatos. Quando se puxa a caixinha sobre os lápis, sob qualquer situação, as microsoldas devem ser quebradas para que ela se mova. Quebrar uma microsolda seria como desencaixar a tampa da caneta. Como se sabe, é muito mais fácil tirar a tampa puxando-a para cima do que empurrando-a para o lado.

Quando se puxa a caixinha sobre os lápis presos e imóveis, quebram-se as ligações da forma mais difícil; se está tentando tirar a tampa da caneta empurrando-a para o lado.

21

Figura 1

Figura 2

Quando se puxa a caixinha sobre os lápis livres, eles rolam quebrando as ligações da forma mais fácil; como se estivesse puxando a tampa da caneta para cima e a caneta para baixo.Na verdade existe força de atrito nos dois casos. No segundo caso, onde os lápis rolam, a força aplicada gera torque. O torque faz com que os lápis girem. Quando eles giram, a quebra das microsoldas fica mais fácil. Acompanhe as figuras, onde exageramos no tamanho das microsoldas, para uma melhor compreensão.

De fato verifica-se pelo experimento que a quebra das microsoldas durante a situação de rolamento dos lápis exige muito menos força. Logo, o desgaste que se tem ao puxar a caixa sobre os lápis nesta situação é muito menor do que se os lápis estiverem presos.Materiais:

Duas borrachas escolares Um punhado de lápis(Devem ser roliços. Usamos duas duzias deles.) Caixa de giz (Se trata de um daqueles estojos para giz que os professores

geralmente usam, mas qualquer objeto de forma, peso e textura similar deve servir) Algumas borrachinhas de dinheiro Um elástico fino (Os elásticos roliços são os mais sensíveis, mas caso não tenha em

mãos, também servirá um chato. Tanto um, como outro podem ser encontrados em lojas de armarinho)

Uma tachinha (Também conhecida como percevejo)Montagem

Prenda o elástico na caixa de giz usando a tachinha. Ponha dois lápis, juntos, na parte de dentro de uma borrachinha de dinheiro e dê uma

torcida nela como mostra a figura 5.Figura 7

Vá repetindo o procedimento anterior até que haja lápis suficientes para que o elástico fique esticado e prenda todos.

22

Figura 3 Figura 4

Figura 5 Figura 6

Prenda as outras extremidades dos lápis com outra borrachinha de dinheiro, trançando-a dois a dois lápis.

Deixe o "tapete" que você fez sobre uma mesa, e ponha por cima dele a caixa de giz.

Puxe o elástico até a iminência do movimento observando sua dilatação.

Solte as borrachinhas dos lápis. Espalhe os lápis sobre a mesa e os alinhe deitados

um ao lado do outro. Ponha uma borracha escolar no começo e outra no

final da fileira de lápis para que não caiam da mesa. Coloque a caixa de giz sobre os lápis espalhados. Puxe o elástico até a iminência do movimento da

caixa e então verifique o quanto o elástico esticou. Compare a primeira dilatação com a segunda.

Esquema de montagem

Figura 8

Figura 9Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruMHS/FCL

23

Figura 7

Experiência nº 15 - BOLHAS CONFINADASObjetivoObservar um fenômeno, facilmente mensurável, onde objetos se deslocam com velocidade constante.ContextoEste experimento serve para mostrar que para um objeto que se move com velocidade constante, a distância percorrida em diferentes intervalos de tempo iguais e sucessivos é sempre a mesma.Idéia do ExperimentoO experimento consiste em observar o movimento de uma bolha criada em um tubo transparente preenchido com um líquido viscoso, quando este é deixado em repouso e com uma certa inclinação. Uma bolha nestas condições possui a curiosa (porém explicável) propriedade de se deslocar com velocidade constante.Faz-se uma montagem onde o suporte do tubo é uma régua. Assim, com o auxílio de um relógio ou cronômetro, pode-se medir distâncias e tempos de intervalos sucessivos. Pode-se comprovar com razoável qualidade que a bolha se desloca com velocidade constante.Se tivermos dois tubos idênticos sobre o mesmo suporte, porém preenchidos com líquidos de diferente viscosidade, é possível ainda fazer experimentos de "ultrapassagem" de objetos que se movem com velocidades constantes, porém diferentes.Materiais: Uma régua de 60 cm (Em princípio qualquer suporte rígido serve. Esta foi a apção que fizemos) 120 cm de mangueira (tubo) transparente de 4mm de diâmetro (A mangueira a ser escolhida

depende do suporte que é utilizado. Nossa experiência diz que praticamente o tamanho do aparato não influencia a qualidade do resultado. Para suporte que adotamos, a mangueira ideal é aquela usada em extensão para inalação, podendo ser comprada em farmácias)

Cola de secagem ultra- rápida 4 tampinhas do fundo da caneta BIC (Serão usadas como vedantes das mangueiras) 2 tipos de líquidos de diferentes densidades (Usamos detergente e limpador multi-uso (dê

preferência para os que não sejam transparentes para melhorar a visualização)Montagem Corte a mangueira em dois pedaços de 60 cm. Cole as mangueiras paralelamente sobre a régua. Vede com as tampinhas um dos lados de cada uma das duas mangueiras. Encha com os líquidos de densidade diferente. Encha até o final e verifique se a tampinha para o fechamento final está com o seu interior bem

seco. Feche o sistema, colocando a tampinha verticalmente de modo que ela empurre o líquido para

baixo e que ao virar a régua de cabeça para baixo verifique-se uma bolha subindo.Comentários Para fazer o experimento da ultrapassagem, você deve ficar inclinando a régua de um lado para

o outro até que se consiga fazer a bolha mais rápida chegar a uma das pontas da mangueira enquanto a outra se acha no meio do caminho. Rapidamente coloca-se a régua sobre a mesa, anotando-se com presteza a posição inicial da bolha mais lenta, pois o experimento já começou!



24

Experiência nº 16 - Gotas MarcantesObjetivoMostrar o movimento de um objeto acelerado.ContextoSem discutir as causas do movimento, podemos dizer que um objeto acelerado é aquele que varia a sua velocidade, sendo a aceleração a medida desta variação.Este experimento serve para mostrar que para um objeto constantemente acelerado (pois está sujeito a uma força constante), a distância percorrida em diferentes intervalos de tempo iguais e sucessivos sempre aumenta. Se a distância percorrida aumenta e o intervalo de tempo permanece constante, é porque a velocidade aumentou.Idéia do ExperimentoO experimento consiste em permitir o movimento de um carrinho sob a ação de uma força constante, sendo que o carrinho possui um dispositivo que libera gotas em intervalos de tempos razoavelmente constantes. Estas deixam marcas sobre a mesa ou papel. É fácil de observar que para intervalos sucessivos, a distância aumenta. A força constante é proporcionada por um objeto que cai sob a ação da força da gravidade e puxa o carrinho.Importante observar que as marcas a serem considerada são somente aquelas produzidas quando o carro se encontra sob a ação da força. Pois no momento em que esta cessa, ou seja, no momento em que o peso que cai bate no chão (veja a figura), o carro deixa de estar acelerado.A massa do objeto que cai pode ser variada para mostrar que sob uma força maior, surgirá uma aceleração maior e consequentemente as distâncias percorridas sucessivamente serão maiores.Materiais:

Um carrinho de brinquedo. (O carrinho deve rolar bem e ser grande o suficiente para sustentar o aparato de "pingagem" (equipo-soro)

Equipamento para aplicação de soro (equipo-soro) (Encontrado para venda em farmácias. É barato e propicia um bom controle da freqüência de gotejamento.)

Clips (São usados como massa variável para fazer o papel do corpo que cai sob a ação da força da gravidade. Podem ser substituídos por outro objeto qualquer. Pelo menos um (grande) será preciso para desviar a ação da força na borda da mesa)

Fita Adesiva Um espetinho de madeira para churrasco (Será usado como sustentação para o equipo-soro.

Qualquer outra vareta leve servirá. Pode ser feito com bambu ou até uma lixa de unha.)Montagem

Primeiramente, prepare o equipo-soro, retirando sua mangueira e unindo as extremidades que antes eram ligadas por ela.

Prenda (com fita adesiva) a vareta no carrinho e o equipo-soro nesta, ambos na vertical. Prenda com fita adesiva, no meio do capô do carrinho, um pedaço de linha, com

aproximadamente a altura da mesa que se dará o experimento. Na outra extremidade da linha, prenda alguns clips. Na borda da mesa, prenda o clips que servirá de roldana e passe a linha por cima do clips. Coloque o carrinho na mesa, de forma que a linha esteja esticada. Coloque água no equipo-soro e regule o gotejamento. Solte o carrinho e deixe que os clips o puxe.

Comentários Práticos: O uso de papel para receber as marcas das gotas pode ser interessante, uma vez que

podem ser feitas marcas de caneta do lado das gotas e então o professor pode mostrar o resultado para todos os alunos.

O modo como se dobra o clips da borda da mesa e como é a montagem do equipo-soro pode ser visto na figura abaixo:

25



26

Experiência nº 17 - TROMBADAObjetivoDemonstrar que objetos em movimento, quando não há ação de forças externas, tendem a continuar em movimento.ContextoO Princípio da Inércia, ou Primeira Lei de Newton, diz que "um objeto tende sempre a manter o seu estado de movimento, este podendo também ser o de repouso, se não houver a ação de forças externas".Este experimento serve para mostrar que um objeto em movimento tende a continuar em movimento. Já o experimento "PETELECO" serve para mostrar que o objeto em repouso tende a continuar em repouso. Os dois experimentos em conjunto ilustram o Princípio da Inércia.Idéia do ExperimentoO experimento consiste em deixar um carrinho, com uma bolinha presa a ele, rolar uma rampa e chocar-se com um obstáculo (veja a figura abaixo).O carrinho percorrerá a rampa, até atingir o lápis (obstáculo). Ao atingí-lo, o carrinho pára; a bolinha de aço, porém, estando apenas levemente presa ao carrinho, tende a continuar seu movimento, sendo lançada para a frente.A idéia é a de que, ao mesmo tempo que o carrinho pára devido à ação de uma força externa (aplicada pelo obstáculo), a bolinha continua o seu movimento pelo fato de estar fracamente ligada ao carrinho, não sofrendo portanto a ação de nenhuma força exerna.Materiais:

Um carrinho de aço - É essencial que este carrinho rode muito bem (menos atrito possível) Uma Bolinha de Aço - Esta bolinha pode ser encontrada em bicicletarias ou oficinas

mecânicas. São retiradas de várias peças, na sua maioria rolamentos; as maiores são obtidas de juntas homocinéticas

Duas Réguas - Qualquer régua ou objeto similar deve servir para fazer o papel de rampa Um Lápis Um pedaço de Massa de Modelar - Serve de adesivo entre a bolinha de aço e o carrinho Alguns Livros Fita Adesiva

Montagem Junte as duas réguas com fita adesiva, de forma que o lado numerado de uma, coincida com

a outra. Empilhe um ou mais livros sobre uma mesa reta e lisa. Apoie o começo das réguas, já coladas, no topo da pilha de livros. Fixe as extremidades das réguas com fita adesiva (na mesa e na pilha de livros) para que

não haja escorregamento, formando assim uma rampa. Fixe um lápis com fita adesiva, a mais ou menos 20cm da base da rampa,

perpendicularmente a esta. Coloque um pedaço de massa de modelar no capô do carrinho e sobre a massa de modelar,

levemente presa, a bolinha de aço. Posicione o conjunto carro+massa+bolinha no alto da rampa.

Comentários A massa de modelar no

início, gruda mais do que o desejado; por isto, prenda e solte a bolinha algumas vezes, antes de começar o experimento.

A limpeza da bolinha e do carrinho faz-se necessária periodicamente, sendo inclusive aconselhável a troca da massa.

27

Esquema Geral de Montagem:

Experiência nº 18 - PETELECOObjetivoDemonstrar que objetos em repouso, quando não há ação de forças externas, tendem a continuar em repouso.ContextoO Princípio da Inércia, ou Primeira Lei de Newton, diz que "um objeto tende sempre a manter o seu estado de movimento, este podendo também ser o de repouso, se não houver a ação de forças externas".Este experimento serve para mostrar que um objeto em repouso tende a continuar em repouso. Já o experimento "TROMBADA (1)" serve para mostrar que o objeto em movimento tende a continuar em movimento. Os dois experimentos em conjunto ilustram o Princípio da Inércia.Idéia do ExperimentoO experimento consiste de apoiar-se uma cartolina em forma de calha em cima de uma mesa e colocar-se uma bolinha de vidro (ou de aço, que dá melhores resultados) no seu centro. Aplica-se um "peteleco" nas bordas mais altas da calha de modo que a cartolina desloque-se com uma velocidade considerável. A idéia é de que a bolinha tende a permanecer em repouso, ou seja, parada na mesma posição que ocupava antes da cartolina se movimentar, pois a força que alterou o repouso da cartolina não se transmitiu à bolinha devido à insuficiência de atrito.Tabela do MaterialUm pedaço de Cartolina (15x15 cm) Dê preferência para cartolinas lisas.

Uma Bolinha de Vidro (ou Aço)

A bolinha de vidro pode ser do tipo usada pelos garotos em jogos. A de aço pode ser encontrada em bicicletarias ou oficinas mecânicas. São retiradas de várias peças, na sua maioria rolamentos; as maiores são obtidas de juntas homocinéticas.

Montagem Enrole a cartolina, formando um cilindro. Deixe a cartolina desenrolar naturalmente. Apoie a cartolina sobre uma superfície lisa. Coloque a bolinha no centro da cartolina. Bata com os dedos, simultaneamente, nas extremidades superiores da cartolina.

Comentários A intensidade da batida é algo que precisa ser treinado. Por vezes a pessoa não consegue

dar uma batida forte, seca e simultânea nos dois lados da calha. Mas um pouco de prática resolve o problema.


28

Experiência nº 19 - CANHÃO DE BORRACHINHAObjetivoMostrar que num sistema onde inicialmente não existe movimento nenhum e então 2 partes diferentes do sistema começam a se movimentar, existe uma compensação: os movimentos ocorrem na mesma direção, porém em sentidos opostos.ContextoO Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear diz que "todo sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear", esta podendo ser inicialmente nula ou não.Neste experimento, o sistema considerado é todo o conjunto da base que sustenta o "canhão" mais os lápis de rolagem, para o qual a quantidade de movimento linear inicial é nula.Idéia do ExperimentoO experimento consiste em construir um sistema muito similar a um canhão real. Uma borrachinha de dinheiro é disposta sobre a base de madeira como se fosse uma atiradeira que está prestes a impulsionar o projétil (veja a figura abaixo). A linha de costura e o palito de fósforo servem para disparar o "tiro" com a menor interferência possível.Depois de armado o sistema, dispara-se o "tiro" simplesmente queimando a linha que mantém a borrachinha esticada. O que se observa é que enquanto o projétil é lançado num sentido, o resto do sistema se move noutro sentido, ou seja, recua.A idéia é a de explorar a compensação de quantidades de movimentos bastante visível que ocorre neste experimento. O projétil, mais leve, se desloca com velocidade maior; o resto do sistema, mais pesado, se desloca noutro sentido com velocidade menor.Materiais Uma tábua leve de 15x10 cm - Pode ser, por exemplo, obtida de uma caixa de uva, da parte da

madeira mais fina que a compõe. Três parafusos ou pregos pequenos Um elástico de dinheiro Linha de costura Fósforos Projétil - Pode ser qualquer coisa passível de ser atirada pela borracha: um apontador de lápis,

uma borracha de apagar lápis, dessas que têm uma capa plástica de proteção (só a borracha ofereceria muito atrito), etc.

Lápis - A quantidade deve ser tal que permita a base de madeira se deslocar por toda a distância que esta conseguir se mover após o tiro. Algo como uma dúzia ou mais deve resolver.

Montagem Prepare a madeira, de forma que ela fique a mais lisa possível, retirando todas as farpas e

possíveis defeitos. Numa das bordas de menor largura fixe dois parafusos nos cantos da placa, e no centro da borda

oposta, o outro parafuso. Passe cada uma das pontas da borrachinha pelos parafusos da extremidade que contém dois

parafusos. Amarre no centro do elástico um pedaço de linha. Puxando a borrachinha pela linha, estique-a na direção do parafuso que está no centro da outra

extremidade, e enrole a linha nele, para que fique preso e esticado. Não encoste a borrachinha no parafuso deixe uma folga de mais ou menos um centímetro.

Coloque algo que sirva de projétil dentro do vértice em V formado pela borrachinha esticada. Coloque os lápis sobre a mesa, um paralelo ao outro formando uma espécie de caminho por

onde o canhão deverá se deslocar após o tiro. Coloque o conjunto já montado sobre a esteira de lápis, e com o fósforo queime a linha, sem que

o palito ou você encoste-se ao experimento.Comentários O peso do canhão é importante para se

observar um bom recuo. Portanto, escolha bem a madeira que vai servir de base para o canhão.

Experiência nº 20 - CANHÃO DE SAL DE FRUTAS I29


ObjetivoMostrar que num sistema onde inicialmente não existe movimento nenhum e então 2 partes diferentes do sistema começam a se movimentar, existe uma compensação: os movimentos ocorrem na mesma direção, porém em sentidos opostos.ContextoO Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear diz que "todo sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear", esta podendo ser inicialmente nula ou não.Neste experimento, o sistema considerado é o próprio "canhão" e todo o conjunto da base que o sustenta, para o qual a quantidade de movimento linear inicial é nula.Idéia do ExperimentoO experimento consiste em construir um sistema muito similar a um canhão real. Uma embalagem de filme fotográfico (potinho plástico com tampa de pressão), preso inclinado a uma base de isopor sobre uma esteira de lápis cilíndricos (ou flutuando na água), faz o papel de canhão, sendo que a tampa representa a bala. O mecanismo de explosão, que impulsiona bala e canhão, é a pressão criada dentro do potinho pela liberação de gases. Estes surgem da reação química que se dá quando o sal de frutas entra em contato com a água. Esta reação precisa ser bem controlada e, para maior eficiência e sucesso, deve se iniciar depois que o potinho estiver bem tampado.Depois de armado o sistema, espera-se pelo "tiro". O que se observa é que enquanto a tampa (a bala) é lançado num sentido, o resto do sistema (o canhão) se move noutro sentido, ou seja, recua. Ainda se observa que o conjunto de lápis se movimenta com sentido contrário ao canhão, que é a parte do sistema com a qual eles têm contato.A idéia é a de explorar a compensação de quantidades de movimentos bastante visível que ocorre neste experimento. A tampa, mais leve, se desloca com velocidade maior; o resto do sistema, mais pesado, se desloca noutro sentido com velocidade menor.Materiais Embalagem de filme fotográfico - Trata-se do pote plástico com tampa no qual são vendidos os filmes

fotográficos. Pode ser obtido em lojas de revelação de filmes Tampa de caneta - Usamos uma tampa de caneta BIC onde a haste foi cortada fora, de modo que a tampa

sirva como um recipiente que vai conter o sal de fruta. Sal de fruta - Cremos que qualquer marca de sal de fruta deve dar o mesmo resultado Placa de isopor - De preferência, a espessura do isopor deve ser a menor possível. Lápis cilíndrico - Uma dúzia serve, mas pode ser menos. Fita adesiva Água

Montagem Corte da folha de isopor em um retângulo de aproximadamente 10 x 15 cm; Corte um outro pedaço da folha de isopor de tamanho 5 x 2 cm; Fixe o potinho com fita adesiva sobre o isopor pequeno e ambos sobre o retângulo maior, de forma que o

potinho fique inclinado e ao mesmo tempo não se obstrua a abertura do mesmo (veja figura abaixo); Encha a tampa da caneta com sal de fruta; Mantendo todo o conjunto na vertical, coloque água no potinho, até aproximadamente 1/3 de sua

capacidade; Agora coloque a tampa de caneta "carregada" dentro do pote, de modo que a água não entre em contato

com o sal de fruta; Tampe cuidadosamente o potinho; Agite e coloque rapidamente todo o conjunto sobre uma esteira de lápis numa mesa lisa e plana.

Comentários Este experimento pode ser feito usando uma variedade muito grande de diferentes materiais. Este conjunto

de materiais nos pareceu o mais fácil de obter e o que resulta em menos espalhamento de água após a explosão.

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruExperiência nº 21 - CANHÃO DE SAL DE FRUTAS IIObjetivo

30


Mostrar que num sistema onde inicialmente não existe movimento nenhum e então 2 partes diferentes do sistema começam a se movimentar, existe uma compensação: os movimentos ocorrem na mesma direção, porém em sentidos opostos.ContextoO Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear diz que "todo sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear", esta podendo ser inicialmente nula ou não.Neste experimento, o sistema considerado é o "canhão", para o qual a quantidade de movimento linear inicial é nula.Idéia do ExperimentoO experimento consiste em construir um sistema algo similar a uma mistura de um canhão com um bonde suspenso. A embalagem de um filme fotográfico (potinho plástico com tampa de pressão), suspenso no ar por um fio (veja figura abaixo) faz o papel de canhão, sendo que a tampa representa a bala. O mecanismo de explosão, que impulsiona bala e canhão, é a pressão criada dentro do potinho pela liberação de gases. Estes surgem da reação química que se dá quando o sal de frutas entra em contato com a água. Esta reação precisa ser bem controlada e, para maior eficiência e sucesso, deve se iniciar depois que o potinho estiver bem tampado.Depois de armado o sistema, espera-se pelo "tiro". O que se observa é que enquanto a tampa (a bala) é lançado num sentido, o resto do sistema (o canhão) se move noutro sentido, ou seja, recua.A idéia é a de explorar a compensação de quantidades de movimentos bastante visível que ocorre neste experimento. A tampa, mais leve, se desloca com velocidade maior; o resto do sistema, mais pesado, se desloca noutro sentido com velocidade menor.Material Embalagem de filme fotográfico - Trata-se do pote plástico com tampa no qual são vendidos os

filmes fotográficos. Pode ser obtido em lojas de revelação de filmes. Tampa de caneta - Usamos uma tampa de caneta BIC onde a haste foi cortada fora, de modo

que a tampa sirva como um recipiente que vai conter o sal de fruta. Sal de fruta - Cremos que qualquer marca de sal de fruta deve dar o mesmo resultado. Pedaço de canudo de refrigerante - O pedaço deve possuir o mesmo comprimento da altura do

potinho. Linha de nylon - Uns 5 metros de linha fina de pesca é o suficiente. Fita adesiva Água

Montagem Fixe o pedaço de canudo no potinho com fita adesiva (veja figura abaixo) e então passe o fio

através do canudo; Encha a tampa da caneta com sal de fruta; Mantendo todo o potinho na vertical, coloque água dentro dele, até aproximadamente 1/3 de sua

capacidade; Agora coloque a tampa de caneta "carregada" dentro do pote, de modo que a água não entre em

contato com o sal de fruta; Tampe cuidadosamente o potinho; Agite o potinho e rapidamente solte-o

e estique o fio na horizontal.Comentários Este experimento pode ser feito

usando uma variedade muito grande de diferentes materiais. Este conjunto de materiais nos pareceu o mais fácil de obter e o que resulta em um maior efeito de recuo do canhão.


Experiência nº 22 - CARRINHOS BATE-BATE

31


ObjetivoIlustrar que na colisão frontal entre um objeto em movimento e outro em repouso, o objeto em movimento transfere todo ou parte de seu movimento ao objeto que estava parado.

ContextoO Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear diz que "todo sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear",esta podendo ser inicialmente nula ou não.Neste experimento, o sistema considerado são os "carrinhos", onde um deles ganha movimento ao descer por uma rampa. No trajeto horizontal, antes da colisão, temos que um dos carrinhos possue movimento e o outro não. O sistema dos dois carrinhos, como um todo, possui uma quantidade de movimento total que se mantém constante, que é a quantidade de movimento que o 1º carrinho ganha ao descer a rampa. Esta quantidade, depois da colisão, é distribuída entre os dois.

Idéia do ExperimentoO experimento consiste em observar a Conservação da Quantidade de Movimento Linear. Para isso construímos um sistema onde um carrinho ganha movimento ao descer por uma rampa. Após ter concluído o percurso de descida, este colide frontalmente com um outro carrinho que estava em repouso, logo após a rampa. Para que o experimento se mostre eficiente para o estudo de tal fenômeno é preciso que este possa ser repetido várias vezes para fins de comparação. Isso se torna possível quando soltamos este carrinho sempre de um mesmo ponto na rampa. Ao se tomar tal atitude garantimos que o carrinho sempre chegará ao final da rampa com a mesma quantidade de movimento linear.Usando-se réguas escolares faremos um corredor durante todo o percurso dos carrinhos. A régua é importante, pois não desejamos movimento em outra direção.É importante dizer que o estudo da Conservação da Quantidade de Movimento Linear neste experimento só deve ser considerado quando o carrinho termina de descer a rampa. Pois durante a descida o carrinho sofre ação de força externa, que neste caso é a força da gravidade. Logo, o carrinho que está em repouso deve estar um pouco afastado do final da rampa, a fim de deixar que o carrinho que desceu a rampa saia completamente desta e inicie um movimento retilíneo uniforme sobre a mesa. Neste tipo de experimento podemos fazer observações suficientes da Conservação da Quantidade de Movimento Linear (QML).A QML é expressa matematicamente como o produto da massa pela velocidade. Vejamos um experimento onde a QML inicial presente em um único objeto se transfere totalmente ou quase, para outro. Se temos um objeto (1) em movimento, temos uma QML=M1V1. Se ele se choca com outro objeto idêntico (2) (M2=M1) em repouso (QML=0) e o primeiro transfere totalmente seu movimento para o segundo, temos que: M1V1(antes)=M1V1(depois) + M2V2(depois). Se V1(depois)~=0, temos que M1V1(antes)=M2V2(depois), assim V2(depois)=V1(antes).Ou seja: Se dois objetos que possuem a mesma massa colidem frontalmente, e se antes do choque somente um deles é que possuía QML, esse pode transferí-la totalmente para o objeto que estava parado. Adquirindo assim o objeto (2) toda a QML que possuía o objeto (1). Neste caso, como os objetos são iguais, temos que a velocidade do objeto (1) se transfere para o objeto (2).Vejamos um outra abordagem deste experimento, onde a QML inicial presente em um único objeto se reparte entre dois objetos. Esta situação é obtida neste experimento, quando se coloca uma fita adesiva no parachoque de um dos carrinhos a fim de deixá-los grudados após a colisão.Se temos um objeto (1) em movimento, temos uma QML = M1V1. Se ele se choca com outro objeto idêntico (M2=M1) em repouso (QML=0) e os dois prosseguem grudados e em movimento, temos que M1V1 será a QML dos objetos grudados: M1V1(antes)=M1V1(depois) + M2V2(depois), portanto M1V1(antes)=2M1V1(depois), pois M1=M2 e V1(depois)=V2(depois). Assim: V1(depois)=1/2V1(antes).Ou seja: A velocidade do objeto (1) cai à metade para compensar o aumento da velocidade do objeto (2). Ou ainda: a QML que (1) possuía foi dividida entre (1) e (2).

Material Dois carrinhos de aço - É essencial que estes carrinhos rodem bem e que tenham massas

parecidas.

32

Quatro Réguas - Estas réguas servirão de corredor para os carrinhos. Alguns Livros Tábua - Uma tábua fina e leve ou algo similar que possa servir de rampa. Fita adesiva

Montagem Para construir a rampa, fixe com fita adesiva sobre a tábua duas réguas paralelas de forma a

fazer um corredor, por onde o carrinho descerá. A distância entre as réguas deverá ser ajustada de acordo com a largura do carrinho que descerá a rampa, não podendo ser muito pequena para não frear o movimento e nem muito grande para que o carrinho não mude a direção de seu movimento;

Empilhe um ou mais livros sobre uma mesa lisa. Os livros servem para erguer a rampa a uma altura desejada (o experimento não necessariamente precisa ser feito em uma mesa, pode ser feito no chão, desde que este seja liso);

Fixe as extremidades da rampa com fita adesiva (na mesa e na pilha de livros), para que não haja escorregamentos da tábua em relação aos livros e nem em relação à mesa.

Fixe com fita adesiva mais duas réguas sobre a mesa, na continuação das réguas da rampa, para que o corredor se prolongue pela mesa.

Posicione um carrinho no alto da rampa. Posicione o outro carrinho a uma distância do final da rampa (~20 cm).

Comentários Os resultados podem variar significativamente, dependendo de como ocorre a colisão. Com

um pouco de treino, pode-se obter uma série de resultados similires. Se você desejar que os carrinhos continuem grudados após a colisão, coloque um pedaço de

fita adesiva no pára-choque de um dos carrinhos. A fita deve ser enrolado como se fosse uma fita dupla face, caso ela não seja.


Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruExperiência nº 23 - BOLINHAS DE VIDRO

33

ObjetivoIlustrar que na colisão frontal entre um objeto em movimento e outro em repouso, o objeto em movimento transfere totalmente ou parte de seu movimento ao objeto que estava parado.

ContextoO Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear diz que "todo sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear", esta podendo ser inicialmete nula ou não.Neste experimento, o sistema considerado são as "bolinhas de vidro" (em alguns lugares chamadas de gude ou búrica) onde uma delas ganha movimento ao ser abandonada de uma certa altura; ao colidir com a outra esfera transfere esse movimento.

Idéia do ExperimentoO experimento consiste em construir um sistema onde duas esferas se choquem frontalmente. Estas esferas estão suspensas e se movimentando em um plano vertical. O sistema de cordas em "V" as mantém no centro e alinhadas para a colisão.O motivo pelo qual estão suspensas é para restringir o movimento a uma única direção e eliminar o atrito com qualquer superfície. Uma bolinha permanece em repouso, enquanto a outra é colocada em movimento, até que certo tempo depois elas colidem frontalmente. Observa-se que a bolinha que tinha movimento cede todo ele para a segunda bolinha, que estava em repouso. O movimento de vaivém faz com que o movimento periodicamente passe da bolinha que possui movimento para aquela que está parada.Neste tipo de experimento podemos fazer observações suficientes da Conservação da Quantidade de Movimento Linear (QML).A QML é expressa matematicamente como o produto da massa pela velocidade. Neste experimento, a QML inicial presente em um único objeto se transfere totalmente, para outro. Se temos um objeto (1) em movimento, temos uma QML=M1V1. Se ele se choca com outro objeto idêntico (M2=M1) em repouso (QML=0) e o primeiro transfere totalmente seu movimento para o segundo, temos que: M1V1(antes)=M2V2(depois). Então, temos que V2(depois)=V1(antes).Ou seja: Se dois objetos que possuem a mesma massa colidem frontalmente, e se antes do choque somente um deles é que possuía QML, esse o transfere totalmente para o objeto que estava parado. Adquirindo assim o objeto (2) toda a QML que possuía o objeto (1). Neste caso, como os objetos são iguais, temos que a velocidade do objeto(1) se transfere para o objeto(2).Materiais Bolinhas de Vidro - É aconselhável que se tenha um par de bolinhas idênticas; as

bolinhas de vidro podem ser substituídas por bolinhas de aço; linha 10 - A linha que mais se adequa ao experimento é a chamada "linha dez". A mesma

que se usa para empinar pipas. Caso haja falta da mesma pode-se usar qualquer outro tipo de linha.

Palitos de sorvete - Na falta dos palitos de sorvete, podem ser usados lápis Alguns livros Fita Adesiva Cola - A maior exigência deste experimento se deve ao fato de que esta cola deve ser do

tipo "super-bond".

Montagem Coloque a linha sobre a bolinha; coloque um pingo de cola e espere secar. O pingo

deve ser pequeno de forma a não ocupar muito da linha. Repita para a outra.

34

Fure com um prego fino ou agulha, as extremidades de dois palitos de sorvete, deixando mais ou menos um centímetro para apoio no livro. Passe cada ponta da linha em um furo e prenda com fita adesiva do outro lado, de forma a formar um "V". Para cada bolinha use um palito.

Faça duas pilhas de mesma altura com os livros. Alinhe as pilhas paralelamente, deixando um espaço entre elas.

Apoie os palitos sobre as pilhas paralelas. Regule a distância entre os palitos de forma que as bolinhas se toquem levemente.

Ajuste também as linhas de forma que elas fiquem paralelas, ou seja os dois "v" formados devem ser do mesmo tamanho de modo que as bolinhas se toquem exatamente no centro. Terminados os ajustes, passe uma fita adesiva nos palitos, unindo-os para que os ajustes não se desfaçam.

Prenda os palitos no livro, com fita adesiva. Levante uma bolinha e solte.

Comentários O método é muito simplificado; aconselhamos que se repita varias vezes o

experimento até que se consiga um bom ajuste. Como a cola utilizada é do tipo instantânea, além de todo cuidado no seu manuseio,

acontece de o barbante arrebentar depois de um certo tempo de uso, devido ao alto grau de ressecamento provocado por este tipo de cola.



Experiência nº 24 - QUEDA DE MOEDAS

35

ObjetivoDemonstrar que os objetos, quando em queda livre, gastam o mesmo tempo para cair uma mesma altura, independentemente de suas trajetórias. Ou seja: o objeto que cai em curva gasta o mesmo tempo para chegar ao chão que um objeto idêntico solto ao mesmo tempo da mesma altura mas que cai verticalmente.

ContextoÉ comum de se pensar que o objeto lançado para cima em curva leva mais tempo para voltar ao solo do que se este objeto fosse lançado verticalmente. Esta é uma concepçao incorreta decorrente do fato verdadeiro que a distância total percorrida pelo objeto lançado em curva ser maior que daquele lançado verticalmente. Porém o movimento vertical é determinado pela atração gravitacional, que é tal que puxa os objetos em relação à Terra com a mesma velocidade, indepentemente da trajetória (e até da massa deles).Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é fazer um lançamento ao mesmo tempo de dois objetos idênticos só que com duas trajetórias diferentes: uma vertical e outra em curva. Pelo som dos objetos batendo no piso, pode-se deduzir que eles chegaram ao mesmo tempo, indepentemente da trajetória.Tabela do MaterialRégua comum de 30cmDuas moedas idênticas

Montagem Coloque a régua sobre a mesa de forma que metade dela fique para fora. Coloque uma moeda sobre a régua do lado de fora e a outra entre a régua e a mesa. Bata de fora para dentro de forma que a régua lance uma moeda e deixa que a outra caia em

queda livre.

Comentários É preciso treinar algumas vezes para que o lançamento fique sincronizado de forma a

demonstrar o proposto.

Esquema geral

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruExperiência nº 25 - POLIASObjetivo

36

Mostrar de que modo as polias podem ser usadas para economizar esforço.ContextoAs máquinas simples são utilizadas desde os primórdios da humanidade com o intuito de diminuir o esforço físico empregado na realização de uma determinada tarefa. Entre as máquinas simples estão a alavanca e a polia.Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é fazer com que um determinado peso levante um peso maior, o que representa um ganho. Ou seja, se você for capaz de levantar, por exemplo, 20 kg, usando uma máquina parecida com a deste experimento, você conseguiria levantar mais que 20 kg. Isto é feito utilizando-se duas "polias" de diâmetros diferentes: um carretel e um lápis.Tabela do Material

Dois lápisCaso a espessara do lápis for menor do que o orifício do carretel, pode-se usar o tubo de caneta FaberFix (por ser cilíndrica e leve).

Carretel Carretel do Tipo Linha 10 usada para empinar pipa.Linha Linha do tipo 10.Vinte moedas de mesma massa Ou vinte peças pequenas de mesma massa.Dois copinhos descartáveis pequenosFita adesivaMontagem Encaixe os dois lápis no carretel, de forma a se encontrarem no centro. Corte dois pedaços de linha com aproximadamente 60 cm. Amarre uma das extremidades de uma das linhas no carretel; amarre uma das extremidades

da outra linha. Nas extremidades livres de cada linha suspenda um copinho de plástico descartável. Faça dois laços de mesmo tamanho com dois outros pedaços da linha e prenda-os na borda

de uma mesa com fita adesiva, para servirem de sustentação para a "máquina". Enrole a linha do carretel, deixando a do lápis sem enrolar No copinho da linha do lápis coloque dez moedas. No copinho da linha do carretel vá colocando moedas de mesma massa a do copinho uma a

uma, até que comece o movimento.Comentários Caso o lápis tenha espessura inferior a do diâmetro do carretel, tente com outro objeto

cilindrico leve que possa se encaixar bem no furo do carretel, como uma caneta cilindrica sem carga (o fato de estar sem carga é para diminuir a massa).

As moedas devem ser idênticas para que seja fácil deduzir a massa que está sendo posta em cada copo.


Experiência nº 26 - O DESAFIO DA CORDAObjetivo

37


Mostrar que forças são grandezas físicas que dependem, além da intensidade, da direção e do sentido da aplicação. Ou seja, forças são grandezas vetoriais.ContextoO peso é uma força de direção vertical e com sentido apontando para a Terra. Para anulá-lo, todos sabemos que é preciso uma força com mesma direção e intensidade, porém com sentido contrário. Não é possível anular o peso de outro modo. Por exemplo: você não consegue levantar uma caixa na vertical com um empurrão na horizontal.Idéia do experimentoConsiste em provar que não há como anular a força peso, uma força vertical, aplicando forças horizontais. Durante o experimento é possível verificar isso. Temos um objeto pendurado por uma corda na vertical V (veja o desenho abaixo) a uma corda H na horizontal. O objetivo é deixar a corda maior H totalmente esticada em linha reta na horizontal abrindo os braços e puxando-a pelas pontas. Prende-se um livro grosso à ponta da corda menor V, prende-se então a outra ponta ao meio da corda maior H. Para que se tenha referência se a corda está esticada, segura-se um barbante junto das pontas da corda. As pessoas são então desafiadas a esticar a corda de tal maneira que ela encoste no barbante. Há como se fazer o experimento com mais pessoas usando desta vez uma corda H maior, da ordem de uns dois e meio a três metros de comprimento, de modo a servir como um cabo de guerra com uma pessoa de cada lado da corda. Será possível esticar a corda na horizontal? Não, pois o centro da corda é puxado em duas dimensões: na vertical, pois o peso puxa-o para baixo, e na horizontal, pois a(s) pessoa(s) o puxa(m) para os lados. Tenta-se estender a corda aplicando forças na horizontal, mas para anular o peso (o responsável pela curvatura da corda) é preciso uma força em sua direção, ou seja, na vertical. Se não houver nada puxando ou empurrando na vertical para anular o peso, então a corda jamais alinhará.Tabela do material3 pedaços de corda: um de uns 50cm outro de 1,5m e o terceiro de 3m

dê preferência a uma corda de fácil manuseio, e não mais do que um centímetro de diâmetro

dois pedaços de barbante: um de 1,5 e outro de 3mum livro grosso ou uma sacola com peso equivalente

as massas que usamos foram da ordem de 1,5Kg a 2,5Kg

Montagem Amarre o livro na ponta da corda menor (de uns 50cm). Amarre a outra ponta na metade da corda maior (de 1,5m para uma pessoa ou a de 3m para

duas pessoas). Segure as pontas do barbante junto das pontas da corda maior.

Comentários Ao fazer o experimento, segure o barbante por sobre a corda (como mostra o desenho) Não importa quão pesado seja o objeto preso, a corda nunca se alinhará por completo, mas

quanto maior peso utilizado, mais evidente fica o fato. O ''quase alinhamento'' acontece quando há uma pequena força vertical de torção na corda,

que portanto deve ser evitada. O alinhamento nunca será total.Esquema de montagem


Experiência nº 27 - GANGORRA

38

ObjetivoMostrar como forças e distâncias se combinam para produzir ou evitar rotações.ContextoÉ realmente difícil abrir ou fechar uma porta quando empurrada próximo da dobradiça. No entanto, é relativamente fácil abri-la ou fecha-la quando empurrada próximo da maçaneta. Ao que parece, quanto mais longe do eixo de rotação da porta (a dobradiça), menos força é feita para girá-la. No primeiro caso, onde se empurra a porta próximo da dobradiça, combina-se muita força com pouca distância ao eixo; no segundo, muita distância com pouca força. Nota-se que pode-se girar a porta, do mesmo modo, com pelo menos duas combinações diferentes de força aplicada e ponto de aplicação desta força. Nos dois casos, o agente que causa a rotação na porta é o que chamamos de "torque". Para entender o que é o torque, vamos fazer uma analogia: assim como uma força causa o movimento de um objeto, o torque é a causa da rotação, combinando (1) força e (2) distância de aplicação dessa força em relação ao eixo de rotação. De fato, ele é proporcional ao produto da força pela distância do ponto de aplicação da força ao eixo de rotação.

Assim como é preciso uma certa força para mover uma mesa, é preciso um certo torque para girar uma porta. Se a porta for empurrada perto da dobradiça, deve ser feita muita força para compensar a falta de distância; então a relação entre esta força e a (pequena) distância produzem torque suficiente para abrir a porta. Por outro lado, empurrando-a longe da dobradiça tem-se muita distância, o que poupa força para conseguir o mesmo torque e abrir a porta. Assim, dois conjuntos de força e distância podem produzir o mesmo efeito de rotação, resultado do fato de que os dois torques são iguais.Idéia do experimentoO experimento consiste numa mini gangorra formada por uma régua apoiada sobre uma borracha, e algumas moedas. Quando equilibrada, a régua fica parada horizontalmente em cima da borracha. Ela permanece em equilíbrio se tiver uma moeda de cada lado, à mesma distância, cada uma, do apoio. A explicação para o equilíbrio é que as quantidades de torques em cada lado da régua são iguais e, como são opostos (cada uma induz a régua a girar para um sentido diferente), os torques se anulam.Agora, vamos supor que hajam duas moedas em uma ponta da régua e uma moeda na outra ponta: as distância são as mesmas, mas o peso é maior do lado em que estão as duas moedas; logo, a régua irá girar para aquele lado porque ali a relação entre força (peso) e distância produz torque maior. Para colocar a gangorra em equilíbrio de novo é preciso que haja mesma quantidade de torque em ambos os lados. Pode-se fazer duas coisas: (a) coloca-se mais outra moeda no lado que contém apenas uma ou (b) empurra-se as duas moedas sobre a régua em direção ao apoio, diminuindo a distância, até o momento em que a gangorra entra em equilíbrio. O que acontece na solução "b" é uma diferença de distâncias que compensa a diferença de pesos. Como no caso da porta (leia o contexto) onde a distância da dobradiça à maçaneta poupava força, a falta de força (peso) em um lado da régua é compesada com uma distância ao eixo de rotação menor no outro lado. De modo que, se em um lado tem-se o dobro do peso, do outro lados tem-se o dobro da distância da moeda ao eixo. Desta forma iguala-se a quantidade de torque em ambos os lados e finalmente, equilibra-se a gangorra. Quando a gangorra entrar em equilíbrio poderá se notar que a distância do par de moedas ao eixo será exatamente igual à metade da distância da moeda no outro lado ao eixo. Pode-se concluir que para que a régua gire não basta apenas a ação de uma força sobre ela, mas também é importante onde esta força está sendo aplicada.Tabela do material

Uma réguaNão deve ser muito maleável, pois as moedas a encurvarão e cairão constantemente. Dê preferência a uma de 30cm transparente, pois os efeitos serão mais visíveis. Uma régua como esta facilitará o reconhecimento do eixo de rotação por ser transparente.

Uma borracha Aconselhamos usar uma daquelas grandes para dar maior estabilidade à gangorra.

Três moedas Devem ser iguais.Montagem

39

Coloque a borracha em cima duma mesa. Ponha o meio da régua em cima da borracha e ajeite-a até que ela fique na horizontal. Coloque uma moeda numa ponta da régua e veja o que acontece. Coloque uma moeda na outra ponta da régua, à mesma distância da borracha que a primeira,

e veja o que acontece. Ponha uma moeda em cima de uma das moedas sobre a régua. Empurre as duas moedas na direção da borracha até a régua entrar em equilíbrio.

Esquema de montagem

Figura 1A Figura 1 mostra a régua em equilíbrio com uma moeda de da lado.

Figura 2Aqui duas moedas de um lado e uma apenas do outro.Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru

Experiência nº 28 - ENERGIA DE MOVIMENTO

40

ObjetivoO objetivo deste experimento é ilustrar o conceito de Energia Cinética.ContextoO Princípio da Conservação da Energia diz que " a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída".A energia cinética é a forma de energia que esta associada à quantidade de movimento de um objeto. Ou seja, ela só existe quando o objeto possui velocidade em relação a um determinado ponto de referência. No dia-a-dia podemos fazer várias verificações de transformações de outras formas de energia em energia cinética, como: a energia acumulada no combustível é transformada em energia de movimento de um carro; a energia elétrica é transformada em energia cinética em aparelhos como ventilador, liquidificador,furadeira, etc. No lançamento de um pião, a pessoa que puxa a cordinha transfere energia para o pião, que a reterá como energia cinética (de rotação) e, em seguida, transferirá para o ambiente, principalmete como agitação térmica do ar (energia cinética) e atrito com o piso. A massa do objeto também influi na quantidade de sua energia cinética, de tal forma que , quanto mais massa, para uma velocidade fixa, maior a quantidade de energia cinética. A energia cinética é diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade do objeto.Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é fazer algo que ilustre a quantidade de energia cinética necessária para a deformação de um objeto. A partir da deformação causada, queremos mostrar como as grandezas físicas massa e velocidade influenciam a energia cinética de um objeto.Um objeto para se deformar necessita de energia. Esta energia pode ser fornecida de diversos modos. Neste caso, a energia cedida para o objeto se deformar é a energia cinética de uma bolinha, que por sua vez, foi cedida pelo nosso corpo, através de um "empurrão".O experimento consiste em utilizar uma certa quantidade de massa de modelar, uma régua e uma bolinha (ver o desenho no esquema geral de montagem). A bolinha, para iniciar o movimento, necessita de uma certa quantidade de energia. Esta energia é transferida do nosso corpo para a bolinha. Ao entrar em contato com a massa de modelar, no final da régua, a energia cinética da bolinha é transformada em energia de deformação. Portanto, se a massa de modelar se deforma mais, isto implica um recebimento maior de energia cinética, supondo que a deformação causada é proporcional à energia transferida.O que se observa é que, ao impulsionarmos a bolinha na direção paralela de um dos lados da régua, ela irá entrar em contato com a massa de modelar e provocará nesta uma deformação. Impulsionando a bolinha do outro lado da régua, só que imprimindo mais velocidade, a massa de modelar sofrerá uma deformação maior. Isso implica que a massa de modelar se deforma mais à medida que a bolinha possui mais velocidade. Deformação maior significa que a massa recebeu mais energia. Daí conclui-se que com mais velocidade a bolinha tem mais energia cinética.Se impulsionarmos a mesma bolinha em um dos lados da régua e uma outra bolinha com mais massa no outro lado, ambas com aproximadamente a mesma velocidade, podemos observar que as deformações na massa de modelar serão diferentes. Este fato se deve às bolinhas terem massas diferentes. Isso implica que a massa de modelar se deforma mais à medida que a bolinha possui mais massa. Novamente, deformação maior significa que a massa de modelar recebeu mais energia e conclui-se que com mais massa, a bolinha tem mais energia cinética.Depois destas experimentações, pode-se bem concluir que a energia cinética é, pelo menos, diretamente proporcional à massa e à velocidade do objeto.Tabela do Material

massa de modelar Utilizamos a massa de modelar para moldar o anteparo onde a bolinha irá bater.

régua A régua poderá ser de qualquer tamanho.bolinhas Bolinhas de vidro de tamanhos diferentes.Montagem

Molda-se a massa de modelar como se fosse um " bolo ". Com a palma da mão amasse a massa de modelar e deixe uma pequena borda (ver esquema geral de montagem).

Coloca-se a régua dividindo esta borda ao meio, de modo que, a massa fique dividida em dois lados.

41

Use os dois lados lados da régua para fazer comparações das deformações sofridas pela massa quando temos diferentes quantidades de energia cinética, quer pela variação da velocidade, quer pela variação da massa.

Comentários Recomenda-se usar a massa que receitamos a seguir, por ser mais mole. Ingredientes para a

massa de modelar: 2 xícaras (250ml) de farinha de trigo; 1 xícara (125ml) de sal; água para dar consistência de pão à massa (pouco mais do que 1 xícara); 2 colheres de sopa de óleo comestível ou óleo de amêndoas. Modo de fazer: Aos poucos, misture a água na composição farinha-sal, de modo que fique homogêneo. Após, misture o óleo na composição farinha-sal e amasse para obter a consistência de pão. Esta massa é mais mole e permite uma melhor visualização dos efeitos.



42

Experiência nº 29 - BATE E NÃO VOLTAObjetivoO objetivo deste experimento é ilustrar a energia de interação de um objeto com a Terra, a Energia Potencial Gravitacional.ContextoO Princípio da Conservação da Energia diz que "a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída".Todos os objetos que possuem massa atraem-se mutuamente. A intensidade da força de atração (gravitacional) varia de acordo com a massa dos objetos. Essa força diminui à medida que a distância entre os objetos aumenta. A força gravitacional é proporcional ao produto das massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas.Um objeto próximo à superfície terrestre possui energia potencial gravitacional, que é a energia de interação entre a massa do objeto com a massa da Terra. Essa energia está armazenada no sistema Terra-objeto e vai reduzindo-se à medida que a distância Terra-objeto diminui. Ou seja, para efeitos práticos, à medida que o objeto vai perdendo altura. Durante a descida, o objeto transforma essa energia potencial gravitacional em energia cinética, que é a energia de movimento. Sendo que, ao final do movimento de queda do objeto, a energia cinética presente é transformada em energia de deformação do objeto com o solo. Ao longo da trajetória do objeto, há uma pequena perda de energia cinética devido ao atrito do objeto com o ar e, também, há deformação do objeto no choque com o solo, que produz outras formas de energia, como energia térmica e sonora. Mas essas perdas são tão pequenas que podem ser consideradas desprezíveis.A quantidade de energia potencial gravitacional é diretamente proporcional ao produto entre a massa do objeto, a aceleração da gravidade local e a altura do objeto em relação à superfície de contato.Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é mostrar que quanto maior a altura de queda, ou seja, quanto maior a energia potencial gravitacional no início do movimento de queda de um objeto, maior será a deformação do objeto ao final da queda. Isto porque, a deformação sofrida por um objeto está diretamente relacionada com a energia disponível para isto. Por exemplo, quando derretemos um pedaço de plástico, necessitamos de um certa quantidade de energia para deformá-lo, para isto utilizamos a energia calorífica. Para amassar uma bolinha de massa de modelar, precisamos dispor de energia para amassá-la. Essa energia é transferida do nosso corpo para a bolinha. Agora, quando deixamos uma bolinha de massa de modelar cair, a energia necessária para deformá-la provém da altura de queda da bolinha, ou seja, da energia potencial gravitacional armazenada na bolinha. A quantidade de energia potencial gravitacional que o objeto tinha no início do seu movimento poderá ser avaliada através da deformação do objeto ao colidir com o solo.O experimento consiste em utilizar uma bolinha de massa de modelar. Ao iniciar o movimento a bolinha transforma energia potencial gravitacional em energia cinética. À medida que o objeto vai perdendo altura, sua energia potencial gravitacional vai sendo transformada em energia cinética. Assim que o objeto colide com o solo, ele usa a energia cinética para a deformação.O que se pode observar é que, quanto mais aumentarmos a altura de queda da bolinha, verificamos que mais deformada ela ficará no final do movimento. Essa deformação deve-se à quantidade de energia potencial gravitacional da bolinha, pois está é função da altura. A elevação da altura de queda do objeto implica em uma maior quantidade de energia potencial gravitacional, que por sua vez, faz com que o objeto adquira mais energia cinética ao final da queda. Pois toda energia potencial gravitacional que o objeto tinha no início do movimento é transformada em energia cinética. Esta maior quantidade de energia cinética implica em uma deformação maior da bolinha ao colidir com o solo.

43

Tabela do Materialmassa de modelar Usamos a massa de modelar para fazer uma bolinha.Montagem

Pegue um pedaço de massa de modelar e faça uma bolinha. Levante-a a uma certa altura e deixe-a cair. Observe a parte da bolinha que deformou

ao colidir com o solo. Refaça a bolinha. Repita o procedimento para diferentes alturas e observe o que acontece com a parte

da bolinha que colidiu com o solo, sempre antes refazendo a bolinha.Comentários

Neste experimento usamos uma massa de modelar encontrada em qualquer papelaria. Como opção, sugerimos uma receita de massa de modelar caseira com os seguintes ingredientes: 2 xícaras (250ml) de farinha de trigo; 1 xícara (125ml) de sal; água para dar consistência de pão à massa (pouco mais do que 1 xícara); 2 colheres de sopa de óleo comestível ou óleo de amêndoas. Modo de Fazer: Aos poucos, misture a água na composição farinha-sal,de modo que fique homogêneo. Após, misture o óleo na composição farinha-sal e amasse para obter a consistência de pão. Esta massa é mais mole e permite uma melhor visualização dos efeitos.


44

Experiência nº 30 - BATE E VOLTAObjetivoO objetivo deste experimento é mostrar o armazenamento da energia na forma de Energia Potencial Elástica.ContextoO princípio da Conservação de Energia diz que " a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída".Uma das formas que a energia pode assumir é a energia potencial elástica. Esta forma de energia está associada à energia necessária para deformar as ligações químicas entre os átomos que constituem um determinado material. Quando comprimimos um material, estamos aproximando os átomos constituintes. Quando esticamos, estamos afastando-os. A quantidade de deformação (compressão ou alongamento) suportável pelo material determina se ele é elástico ou não. Um material elástico geralmente não se rompe quando sujeito a quantidades razoáveis de deformação. Nos materiais elásticos, os átomos tendem a re-ocupar a sua posição normal, quando liberados da deformação. Como receberam energia para sair da posição normal, quando liberados da deformação devem devolvê-la de alguma forma.Um bom exemplo é o estilingue. Quando puxamos seu elástico com uma pedra encaixada, entregamos energia do nosso corpo ao elástico. Ao liberar o elástico, este praticamente devolve a energia que recebeu na forma de energia cinética da pedra, mais energia sonora (energia envolvida na criação e propagação do som). Se não colocarmos a pedra, ao soltar o elástico este entrega a maior parte da sua energia de volta para o corpo: a outra mão tem que absorver o " tranco". Até a energia sonora é maior neste caso.A energia potencial elástica é diretamente proporcional à deformação sofrida pelo material. Assim, quanto mais deformado estiver o material, mais energia potencial elástica acumulada ele terá.Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é fazer algo parecido com um estilingue, mas de modo a podermos observar mais facilmente o processo de acumulação e, depois, de transferência de energia potencial elástica. Trata-se de um arranjo onde pode-se observar em sequência, a velocidade de aproximação de uma bolinha (e portanto pode-se ter uma idéia de sua quantidade de energia cinética), a transformação da energia cinética da bolinha em energia potencial de um elástico, a devolução desta energia potencial do elástico para a bolinha, que ganha aproximadamente a mesma quantidade de energia cinética que tinha antes.O experimento consiste em impulsionar uma bolinha, através de uma canaleta de réguas, fazendo com que colida com um elástico, esticado, ao final da canaleta (ver figura no esquema geral de montagem).Para puxar um elástico com o dedo, precisa-se de uma certa quantidade de energia para deformá-lo. Esta energia vem de algum lugar: ela foi cedida pelo nosso corpo e é acumulada no elástico na forma de energia potencial elástica. Este mesmo procedimento é observado no caso da bolinha impulsionada contra o elástico. A energia cinética que a bolinha tinha no início do movimento é acumulada no elástico na forma de energia potencial elástica, que, imediatamente, após a colisão retoma a sua velocidade inicial ( no sentido contrário) na forma de energia cinética novamente. Nota-se que a transformação da energia potencial elástica em energia cinética neste experimento é praticamente instantânea, sendo difícil de ser observada.Tabela do Material

duas réguas de 30cm Usamos as duas réguas para formar uma canaleta por onde rolará a bolinha.

bolinha Bolinha de vidro (bola de gude).elástico Usamos um elástico comum, encontrado em lojas de armarinho.Montagem

Posicione as duas réguas, horizontalmente, sobre uma superfície, de modo que fique um pequeno espaço entre elas (canaleta).

Uma pessoa segura o elástico esticado, horizontalmente, no final do sistema de réguas. Outra pessoa solta a bolinha, com um pequeno impulso, de modo que ela colida com o

elástico esticado e volte.

45

Repita este procedimento várias vezes e observe os resultados.Comentários

Para obter o resultado desejado, mantenha o elástico sempre esticado no final da canaleta de réguas à uma altura equivalente à metade do diâmetro da bolinha.

Você pode usar diferentes tipos e tamanhos de bolinhas e elásticos.Esquema Geral de Montagem

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-Dia - UNESP/Bauru

46

Experiência nº 31 - CONSERVAÇÃO DA ENERGIA IObjetivoO objetivo deste experimento é mostrar a transformação da Energia Potencial Gravitacional em Energia Cinética, ilustrando a Conservação da Energia Mecânica.

ContextoO Princípio da Conservação da Energia diz que " a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída".Em um determinado sistema mecânico, em que formas de energia relacionadas a fenômenos eletromagnéticos ou fenômenos térmicos não estão presentes, pode-se dizer que a energia total do sistema é puramente mecânica. Desse modo, o Princípio da Conservação da Energia implica a conservação da energia mecânica. Esta, por sua vez, é a soma das quantidades de energia potencial e energia cinética. Embora a energia mecânica seja sempre constante, a quantidade de cada uma de suas componentes pode sofrer variação, de tal modo que a energia total permaneça constante.Neste experimento podemos identificar uma transformação de um tipo de energia em outro. Inicialmente um objeto possui energia potencial gravitacional, que é a energia de interação entre a massa do objeto com a massa da Terra. Essa energia está armazenada no sistema Terra-objeto, e a energia vai diminuindo à medida que o objeto e a Terra se aproximam. A energia potencial gravitacional de um objeto, que é diretamente proporcional ao produto da sua massa, da aceleração da gravidade (g) e da sua distância vertical em relação a um ponto de referência, se transforma em energia cinética do objeto, que está associada ao seu movimento. A energia cinética é diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade do objeto.

Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é mostrar que quanto maior a energia potencial gravitacional no início do movimento de queda de um objeto, maior será sua energia cinética ao final da queda. A quantidade de energia cinética poderá ser avaliada através de um mecanismo de freamento do movimento do objeto em queda.Neste experimento, uma bolinha em queda em um plano inclinado transfere sua energia mecânica para um copo. Ao iniciar o movimento, a bolinha transforma sua energia potencial gravitacional em energia cinética. Durante o movimento há diminuição da energia potencial gravitacional e aumento da energia cinética. Devido a conservação da energia mecânica, no final do plano, toda a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética. Parte desta energia é transferida para o copo que se move e parte é transformada em energia térmica e sonora. Neste caso o valor destas formas de energia chega ser desprezível. Assim podemos supor que toda energia cinética da bolinha seja transferida para o copo. Após a bolinha entrar em contato com o copo ela é toda transformada em outras formas de energia. Por exemplo, em energia térmica e sonora do barulho que o copo faz, dissipando assim a energia cinética que recebeu da bolinha.O atrito sobre o copo é praticamente constante. E o copo necessita de uma quantidade fixa de energia cinética para vencer uma distância fixa. Portanto, se o copo se desloca mais, isto implica um recebimento maior de energia cinética.O que se observa é que, quanto mais alto estiver a extremidade do sistema de réguas de onde parte a bolinha, mais energia potencial gravitacional a bolinha terá, pois a energia potencial é função da altura. Isso faz com que a bolinha adquira mais energia cinética ao rolar pelo plano inclinado. Isto implica uma transferência maior de energia para o copo, que percorre cada vez distância maiores até parar, devido ao atrito com a superfície.

Tabela do Materialcopo plástico Usamos um de 300ml.2 tampinhas plásticas de refrigerante de dois litros ou 600ml

Serão usadas para manter separadas as duas réguas.

2 réguas de 30cm Usa-se as duas réguas para formar a rampa de rolamento do sistema.

47

fita adesiva

suportes Qualquer material para elevação do sistema de réguas: livros, cadernos, lápis, etc...

bolinha bolinha de vidro

Montagem Corte um quadrado de aproximadamente 3cm de largura por 6cm de altura junto à borda do

copo plástico. Fixe, com fita adesiva, as tampas plásticas nas extremidades de uma das réguas, de modo

que fiquem alinhadas. Fixe a outra régua, horizontalmente, sobre a outra face das tampinhas. Esta junção das duas

réguas, separadas pelas tampinhas, fica parecendo uma canaleta. Para evitar que a bolinha ao rodar pela canaleta abra as duas réguas, passe uma fita adesiva

na parte de baixo da canaleta, de tal modo que as réguas não possam ser abertas. Coloque o copo sobre uma das extremidades da régua sendo que o final da régua deverá

tocar a face posterior do copo. Levante a outra extremidade da régua usando como suporte um lápis. Coloque a bolinha de vidro no sulco da régua, na parte de cima do suporte. Libere a bolinha e observe o copo. Repita o procedimento usando diferentes suportes, que permitam diferentes alturas. Observe

as reações do copo.

Comentários Se houver falha no experimento, verifique os seguintes aspectos: a abertura no copo deve ter

uma altura maior que a da bolinha sobre a rampa; a face posterior do copo deve estar encostada no final da régua.



Experiência nº 32 - CONSERVAÇÃO DA ENERGIA II48

ObjetivoO objetivo deste experimento é mostrar a transformação da Energia Potencial Gravitacional em Energia Cinética, ilustrando a Conservação da Energia Mecânica.

ContextoO Princípio da Conservação da Energia diz que "a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída".Em um determinado sistema mecânico, em que formas de energia relacionadas a fenômenos eletromagnéticos ou térmicos não estão presentes, pode-se dizer que a energia total do sistema é puramente mecânica. Desse modo, o Princípio da Conservação da Energia implica a conservação da energia mecânica. Esta, por sua vez, é a soma das quantidades de energia cinética e diversas formas de energia potencial (gravitacional e elástica entre elas). Embora a energia mecânica seja sempre constante, a quantidade de cada uma de suas componentes pode sofrer variação de tal modo que a energia total permaneça constante.Neste experimento podemos identificar uma transformação de um tipo de energia em outro. Inicialmente um objeto possui energia potencial gravitacional, que é a energia de interação entre a massa do objeto com a massa da Terra. Essa energia está armazenada no sistema Terra-objeto e vai diminuindo à medida que o objeto e a Terra se aproximam. A energia potencial gravitacional de um objeto, que é diretamente proporcional ao produto da sua massa, da aceleração da gravidade (g) e da sua distância vertical em relação a um ponto de referência, se transforma em energia cinética do objeto, que está associada ao seu movimento. nas proximidades da Terra é diretamente proporcional ao produto da sua massa, da aceleração da gravidade (g) e da sua distância vertical em relação a um ponto de referência. A energia cinética é diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade do objeto.

Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é mostrar que, devido à conservação da energia mecânica, quanto maior a energia potencial gravitacional no início do movimento de queda, não forçada, de um objeto, maior será sua energia cinética na parte mais baixa de sua trajetória. Esta quantidade de energia poderá ser aferida através de um mecanismo de transferência do movimento do objeto.Neste experimento, um balde pequeno transfere sua energia para um bloco, parado sobre uma folha de papel fixada sobre o piso, na trajetória do balde (ver figura no esquema geral de montagem). Ao iniciar o movimento, o balde começa a transformar sua energia potencial gravitacional em energia cinética. Durante o movimento há diminuição da energia potencial gravitacional e aumento da energia cinética. Tomando-se o piso como ponto de referência, devido à conservação da energia mecânica, no ponto mais baixo da trajetória, toda energia potencial gravitacional que o balde perde devido à perda de altura se transforma em energia cinética. Da energia cinética do balde, uma grande parte é transferida para o bloco que se move, porém, uma pequena parte fica retida no balde, uma vez que este, após o choque, ainda balança um pouco. Desta transferência de energia cinética, outra pequena parte é transformada em energia térmica e energia sonora, que o bloco gera através do atrito com o solo. Neste caso, o valor destas formas de energia chega a ser desprezível. O atrito sobre o bloco é praticamente constante. E o bloco necessita de uma quantidade fixa de energia cinética para vencer uma distância fixa. Portanto, se o bloco se desloca mais, isto implica que recebe maior quantidade de energia cinética.O que se observa é que, acrescentando-se massas no balde, aumenta-se sua quantidade de energia potencial gravitacional. Essa maior quantidade de energia potencial gravitacional faz com que o balde tenha, no ponto mais baixo da sua trajetória, mais energia cinética, pois a energia potencial gravitacional é transformada em energia cinética durante o movimento. O resultado final é que uma massa maior permite que o balde transfira uma quantidade maior de energia cinética para o bloco, que percorrerá distâncias maiores até parar, devido ao atrito com a folha de papel fixada sobre a superfície.Este experimento tem como referência um experimento do livro: "Physics for every Kid: 101 experiments in motion, heat, light, machines, and sound" de Janice P. Vancleave, Editora Wiley, Coleção Science Editions, 1991.

Tabela do Material

49

um balde pequeno

O balde deverá possuir uma alça, ou improvisa-se com algo semelhante. Neste experimento, utilizamos um balde de argamassa para construção (marca "Vedacit").

barbante O comprimento do barbante depende da altura da mesa utilizada.fita adesivapapel Qualquer papel em branco.bloco Usamos uma caixa de "chá mate", de 200 g, do tipo granel.massas Qualquer material para pôr no balde. Por exemplo: massa de modelar, moedas, etc...

Montagem Prenda o barbante na alça do balde. Fixe, com fita adesiva, a outra extremidade do barbante na mesa. O barbante deverá ser

preso de modo que o balde possa oscilar a uma pequena altura do piso. Fixe o papel no piso, embaixo do balde pendurado. Posicione o bloco no piso em frente ao balde pendurado. Puxe a parte de trás do balde até uma certa altura. Solte-o, permitindo-o colidir com o bloco. Marque a posição que o bloco se moveu no papel. Coloque uma pequena quantidade de massa dentro do balde. Posicione-o novamente em

frente ao balde pendurado. Solte-o e marque a nova posição do bloco no papel. Repita o procedimento para diferentes massas no balde. Observe as distâncias percorridas.

Comentários Para soltar o balde sempre de uma mesma posição, use uma cadeira, ou outro objeto, como

ponto de referência. Procure fazer com que o balde e o bloco tenham sempre pesos proporcionais, ou seja, para

um balde muito pesado não utilize um bloco muito leve ou vice-versa. Isto permite uma operação mais tranquila e um efeito visual melhor.


Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruExperiência nº 33 - CONSERVAÇÃO DA ENERGIA IIIObjetivoO objetivo deste experimento é mostrar a transformação da Energia Potencial Gravitacional em Energia Cinética, ilustrando a Conservação da Energia Mecânica.Contexto

50

O Princípio da Conservação da Energia diz que "a energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída".Em um determinado sistema mecânico, em que formas de energia relacionadas a fenômenos eletromagnéticos ou térmicos não estão presentes, pode-se dizer que a energia total do sistema é puramente mecânica. Desse modo, o Princípio da Conservação da Energia implica a conservação da energia mecânica. Esta, por sua vez, é a soma das quantidades de energia cinética e diversas formas de energia potencial (gravitacional e elástica entre elas). Embora a energia mecânica seja sempre constante, a quantidade de cada uma de suas componentes pode sofrer variação de tal modo que a energia total do sistema permaneça constante.Neste experimento podemos identificar uma transformação de um tipo de energia em outro. Inicialmente um objeto possui energia potencial gravitacional, que é a energia de interação entre a massa do objeto com a massa da Terra. Essa energia está armazenada no sistema Terra-objeto, e vai diminuindo à medida que o objeto e a Terra se aproximam. A energia potencial gravitacional de um objeto, que é diretamente proporcional ao produto da sua massa, da aceleração da gravidade (g) e da sua distância vertical em relação a um ponto de referência, se transforma em energia cinética do objeto, que está associada aos eu movimento.Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é mostrar que a energia potencial gravitacional no início do movimento de queda de um objeto depende da altura de queda e independe da distância a ser percorrida pelo objeto. A energia potencial gravitacional no início do movimento será medida pela quantidade de energia cinética gerada durante a queda, que poderá ser avaliada através de um mecanismo de freamento do movimento do objeto em queda.Neste experimento, utilizamos duas canaletas de diferentes comprimentos ( uma possui o dobro do comprimento da outra), dois copos e uma bolinha. Como as canaletas possuem diferentes comprimentos, se elas forem montadas de modo que a bolinha tenha a mesma altura inicial em ambas, a energia potencial gravitacional será igual nos dois casos. Assim a energia cinética da bolinha deverá ser a mesma ao final das duas canaletas, apesar do fato de num caso a bolinha percorrer o dobro da distância.Em cada canaleta, o fenômeno é idêntico. Ao iniciar o movimento, a bolinha inicia a transformação da sua energia potencial gravitacional em energia cinética. Durante o movimento há diminuição da energia potencial gravitacional e aumento da energia cinética. Devido à conservação da energia mecânica, no final da canaleta, a energia potencial gravitacional devido à perda de altura se transforma em energia cinética. Parte desta energia cinética é transferida para o copo que se move e parte é perdida em energia térmica e sonora, decorrentes do movimento. Neste caso, o valor desta perda de energia chega a ser desprezível. Assim podemos supor que toda energia cinética da bolinha seja transferida para o copo. E após a bolinha entrar em contato com o copo, a energia cinética é toda transformada em outras formas de energia: em energia térmica e sonora que o copo gera através do atrito e som, dissipando assim a energia cinética que recebeu da bolinha.O atrito sobre o copo é praticamente constante. E o copo necessita de uma quantidade fixa de energia cinética para vencer uma distância fixa. Portanto, se o copo se desloca mais, isto implica em um recebimento maior de energia cinética.Ao se realizar o experimento, o que se observa é que os deslocamentos dos copos são, em média, praticamente iguais, mesmo tendo-se que uma distância que a bolinha percorre é o dobro da outra. Se variarmos a altura de queda de modo idêntico para ambas as canaletas, veremos que o resultado, em média, se mantém. A única diferença é que o deslocamento dos copos é proporcional à altura de queda. Então, para obter-se mais (ou menos) energia cinética, concluímos que a altura das canaletas é o fator que deve ser levado em consideração. Isto corrobora que a energia potencial gravitacional está diretamente relacionada à altura de queda do objeto e não à distância que ele percorre em queda.Tabela do Material

2 copos plásticos - Usamos dois de 300ml 5 tampinhas plásticas de refrigerantes de dois litros ou 600ml do tipo PET - Serão usadas

para manter separadas as réguas. 2 réguas de 60 cm e 2 de 30cm - Usa-se réguas de mesmo material para formar a rampa de

rolamento do sistema, pois isso faz com que o atrito seja o mesmo em ambas. fita adesiva

51

suportes - Qualquer material para a elevação do sistema de réguas: livros, cadernos, lápis, etc...

uma bolinha - Bolinha de vidroMontagem

Corte um quadrado de aproximadamente 3cm de largura por 6cm de altura na borda dos copos plásticos.

Fixe, com fita adesiva, duas tampas plásticas nas extremidades de uma das réguas de 30cm, de modo que fiquem alinhadas.

Fixe a outra régua de 30cm, horizontalmente, sobre a outra face das tampinhas. Esta junção das duas réguas, separadas pelas tampinhas, fica parecendo uma canaleta.

Repita este mesmo procedimento para as réguas de 60cm, só que colocando uma tampinha a mais no centro das réguas.

Para evitar que a bolinha ao rodar pela canaleta abra as duas réguas de 60cm, passe duas fitas adesivas na parte de baixo da canaleta, entre a primeira e a segunda tampa e entre a segunda e terceira tampa, de tal modo que as réguas não possam ser abertas e para que fiquem alinhadas.

Coloque os copos sobre uma das extremidades das canaletas, sendo que o final de cada canaleta deverá tocar a face posterior de um dos copos.

Levante a outra extremidade das canaletas usando como suporte um livro, que pode ser o mesmo para as duas.

Coloque a bolinha de vidro no sulco de uma das canaletas, na parte de cima do suporte. Libere a bolinha e observe o copo. Repita este procedimento para a outra canaleta com a mesma bolinha, sem tirar o primeiro

copo do lugar. Libere a bolinha e observe a posição do segundo copo. Repita o procedimento usando diferentes suportes, que permitam diferentes alturas.

Comentários Se houver falha no experimento, verifique os seguintes aspectos: as aberturas nos copos

deverão ter altura maior que a da bolinha sobre a rampa; a face posterior dos copos deverão estar encostadas no final das canaletas.

Não se esqueça que os suportes utilizados para elevar as duas canaletas devem ser os mesmos para ambos e que tenham alturas de no mínimo 5cm para melhor visualização do resultado.

Use a mesma bolinha para as duas canaletas.

Experiência nº 34 - ECONOMIA DE FORÇA IObjetivoO objetivo deste experimento é ilustrar o conceito físico de trabalho.Contexto

52


Uma pessoa na rua está segurando a faixa de uma loja. Esta pessoa trabalha oito horas por dia sem se deslocar. Será que realmente ela está trabalhando? No cotidiano, sim. Mas, na Física, a palavra trabalho está associada a um deslocamento que uma força produz em um objeto. Portanto, no sentido físico, certamente que não."O trabalho de uma força é uma maneira de medir a quantidade de energia transferida, ou transformada, de um sistema para outro ou, em certos casos, a quantidade de energia transformada dentro de um mesmo sistema. O trabalho realizado por uma força constante corresponde ao produto da intensidade da força na direção do deslocamento pela intensidade do deslocamento".Em uma construção, quando uma pessoa puxa uma corda que eleva um balde até uma certa altura, uma força é feita no balde para que ele seja deslocado. Essa força provocando um deslocamento corresponde ao trabalho realizado pela força aplicada na corda.Fisicamente, há uma transferência de energia da pessoa para o balde. Essa quantidade de energia transferida fica armazenada no balde sob a forma de energia potencial gravitacional. Aqui está o verdadeiro significado físico de trabalho: o deslocamento provocado pela aplicação de uma força é responsável pela transferência de energia. A transferência de energia neste caso é: homem -> energia potencial gravitacional do balde. E se a corda for solta, essa energia potencial gravitacional se transformará em energia cinética durante a queda. Neste caso, a transferência de energia é: energia potencial gravitacional do balde -> energia cinética do balde.Idéia do experimentoA idéia do experimento é verificar que, para a realização de trabalho deve-se levar em conta a direção de aplicação da força. Ou seja, uma força imensa, mas mal aplicada pode não gerar transferência de energia e, assim, não realizar trabalho algum.O experimento consiste na aplicação de forças em várias direções em um objeto com liberdade restringida, de modo que para o mesmo trabalho (mesma energia cinética final, neste caso) necessita-se menos força se esta for aplicada paralelamente à direção permitida de movimento do objeto.Utilizamos duas réguas, um dinamômetro e uma caixa. Usa-se o dinamômetro para simultaneamente aplicar uma força sobre a caixa e medir sua intensidade. Aplica-se uma força na caixa, fazendo um ângulo qualquer com a direção permitida para o seu movimento, de tal modo que a sua velocidade final seja sempre, aproximadamente, a mesma (ou seja, aproximadamente a mesma energia cinética final).O que se observa no dinamômetro é que na direção paralela ao movimento, precisa-se de menos força para poduzir o mesmo trabalho. Neste caso, o ângulo entre a força e o deslocamento é zero graus. À medida que este ângulo aumenta, precisa-se de mais força para fazer o mesmo trabalho.Tabela do Material

uma caixa Usamos uma caixinha pequena de clips, 10x5x2cm, aproximadamente. A caixa estava com alguns clips, para regular o peso total.

duas réguas Podem ser de 30cm com pelo menos uma borda alta.fita adesiva

barbante No experimento usamos barbante, mas pode ser uma cordinha ou outro material deste tipo.

Montagem Para montar o dinamômetro, veja o anexo. Fixe com fita adesiva uma das réguas sobre a mesa. Encoste a caixa na borda alta da régua. Encoste a borda alta da outra régua no outro lado da

caixa, conforme a figura abaixo, do Esquema Geral de Montagem. Fixe-a com fita adesiva. Use o barbante para fazer uma alça grudada na face que será usada para puxar a caixa. Encaixe o dinamômetro na alça da parte da frente da caixa e puxe-a até que ela atinja a

velocidade desejada. Observe o quanto de força utilizada marca o dinamômetro. Varie o ângulo de aplicação e observe a intensidade da força.


53

Anexo 1 - DINAMÔMETROSe você possuir dinamômetro, use-o. Se não tiver, faça este dinamômetro, que é bem simples e fácil de montar. Neste experimento sugerimos determinados materiais para a construção de um dinamômetro, mas materiais similares podem ser usados também, com sucesso.Tabela do material um cano de metal - Utilizamos um cano de alumínio de antena de tv. uma borrachinha de dinheiro um alfinete um pedaço de canudo para refrigerante - O canudo utilizado é do tipo mais largo. arame - Um pedaço de arame dobrado em dois, de modo que, encaixe no canudo. um clips - Para prender folhas de papel. um pedaço de papel - O papel é usado para graduar o dinamômetro elástico - Utilizamos um elástico de dinheiro.

Montagem Corte o cano de metal com aproximadamente 17cm (Figura A). Corte o canudo com um comprimento aproximado de 10cm. Coloque uma das extremidades do elástico dentro de uma das extremidades do canudo. Fixe o

alfinete no canudo, de forma que, o elástico e o canudo fiquem presos. Corte uma tira de papel que possa ser colada no canudo. Faça uma escala graduada em centímetros no papel cortado. Fixe com uma fita adesiva o papel

no canudo. Na outra extremidade do canudo, coloque o arame dobrado ao meio. O arame deverá ficar

encaixado dentro do canudo, como se fosse um "anzol" (Figura B). Coloque a outra extremidade do elástico encaixado no clips de acordo com a montagem abaixo. Coloque o conjunto feito com o canudo, o elástico e o gancho dentro do cano de metal. Este

ficará preso pelo clips na extremidade do cano (Figura C).Esquema Geral de Montagem

A B CProjeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruExperiência nº 35 - Economia de Força II

54

ObjetivoO objetivo deste experimento é ilustrar, através de um plano inclinado, formas de se realizar o mesmo trabalho economizando força.ContextoUma pessoa na rua está segurando a faixa de uma loja. Esta pessoa trabalha oito horas por dia sem se deslocar. Será que realmente ela está trabalhando? No cotidiano, sim. Mas, na Física, a palavra trabalho está associada a um deslocamento que uma força produz em um objeto. Portanto, no sentido físico, certamente que não."O trabalho de uma força é uma maneira de medir a quantidade de energia transferida, ou transformada, de um sistema para outro ou, em certos casos, a quantidade de energia transformada dentro de um mesmo sistema. O trabalho realizado por uma força constante corresponde ao produto da intensidade da força na direção do deslocamento pela intensidade do deslocamento".Em uma construção, quando uma pessoa puxa uma corda que eleva um balde até uma certa altura, uma força é feita no balde para que ele seja deslocado. Essa força provocando um deslocamento corresponde ao trabalho realizado pela força aplicada na corda.Fisicamente, há uma transferência de energia da pessoa para o balde. Essa quantidade de energia transferida fica armazenada no balde sob a forma de energia potencial gravitacional. Aqui está o verdadeiro significado físico de trabalho: o deslocamento provocado pela aplicação de uma força é responsável pela transferência de energia. A transferência de energia neste caso é: homem -> energia potencial gravitacional do balde. E se a corda for solta, essa energia potencial gravitacional se transformará em energia cinética durante a queda. Neste caso, a transferência de energia é: energia potencial gravitacional do balde -> energia cinética do balde.Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é verificar que com o uso adequado de um plano inclinado, pode-se realizar o mesmo trabalho fazendo-se menos força. O trabalho em questão é levantar um caixa a uma determinada altura.O experimento consiste em utilizar duas rampas feitas com papelão, uma caixa de "chá mate", barbante, suportes, dinamômetro e massas. Para iniciar o experimento, as duas rampas devem estar montadas de acordo com a figura na seção Esquema Geral de Montagem.Coloque as massas dentro da caixa e agora, sempre com a mesma velocidade e usando o dinamômetro, levante a caixa até a altura dos suportes de três modos: primeiramente sem o uso das rampas, depois na rampa mais curta (de maior inclinação) e finalmente na rampa mais longa (de menor inclinação). O que se observa no dinamômetro é que a força necessária para o levantamento é cada vez menor, enquanto a distância percorrida pela caixa é cada vez maior. Assim, o mesmo trabalho é feito usando-se de menos força, pagando-se o preço de se percorrer uma distância maior.Tabela do Material 2 pedaços de papelão - Os papelões serão usados para formarem rampas. suportes - Os suportes são utilizados para elevarem as rampas. Deverão ser iguais para ambas

as rampas. caixa - Utilizamos uma caixa de "chá mate", de 200 g, do tipo granel. massas - Qualquer material para pôr nas caixas. Exemplo: massa de modelar, moedas, etc... barbante dinamômetro - Veja o anexo fita adesiva

Montagem Corte uma das rampas de papelão com 60 cm de comprimento e a outra rampa com 30 cm. Faça dois suportes de mesmo tamanho e formato, se possível com os mesmos materiais para

ambos. Coloque uma das rampas em um suporte e a outra no outro. Fixe com fita adesiva as rampas na borda dos suportes, para que estas não se desloquem. Fure dois lados da caixa de chá. Passe uma das extremidades do barbante nos furos e amarre-o

na outra ponta. Este arranjo deverá ficar parecendo uma sacolinha. Coloque massas na caixa. Com o uso do dinamômetro, levante a caixa até que seu fundo atinja o topo dos suportes de 3

modos: sem a rampa nenhuma e depois usando cada rampa.Esquema Geral de Montagem

55

ANEXO - DINAMÔMETROSe você possuir dinamômetro, use-o. Se não tiver, faça este dinamômetro, que é bem simples e fácil de montar. Neste experimento sugerimos determinados materiais para a construção de um dinamômetro, mas materiais similares podem ser usados também, com sucesso.Tabela do material um cano de metal - Utilizamos um cano de alumínio de antena de TV uma borrachinha de dinheiro um alfinete um pedaço de canudo para refrigerante - O canudo utilizado é do tipo mais largo. arame - Um pedaço de arame dobrado em dois, de modo que, encaixe no canudo. um clips - Para prender folhas de papel um pedaço de papel - O papel é usado para graduar o dinamômetro elástico - Utilizamos um elástico de dinheiro

Montagem Corte o cano de metal com aproximadamente 17cm (Figura A). Corte o canudo com um comprimento aproximado de 10cm. Coloque uma das extremidades do elástico dentro de uma das extremidades do canudo. Fixe o

alfinete no canudo, de forma que, o elástico e o canudo fiquem presos. Corte uma tira de papel que possa ser colada no canudo. Faça uma escala graduada em centímetros no papel cortado. Fixe com uma fita adesiva o papel

no canudo. Na outra extremidade do canudo, coloque o arame dobrado ao meio. O arame deverá ficar

encaixado dentro do canudo, como se fosse um "anzol" (Figura B). Coloque a outra extremidade do elástico encaixado no clips de acordo com a montagem abaixo.

Coloque o conjunto feito com o canudo, o elástico e o gancho dentro do cano de metal. Este ficará preso pelo clips na extremidade do cano (Figura C).Esquema Geral de Montagem

A B CProjeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruExperiência nº 36 - Transformação de Energia Mecânica em Energia Térmica

56

ObjetivoO objetivo do experimento é ilustrar a transformação da energia mecânica em energia térmica.ContextoQuando dois objetos são postos em contato e em movimento com sentidos contrários, entre suas superfícies há atrito. Este atrito faz com que a energia mecânica que está sendo utilizada pelos objetos para se movimentarem não se conserve, pois está sendo transformada em energia térmica (calor) e sonora. Isto implica a não conservação da energia mecânica. Pois o atrito é a energia que está sendo utilizada para a formação e o rompimento de ligações químicas nas regiões de contato entre as duas superfícies dos objetos. Quando o corpo é friccionado um sobre o outro, a ruptura dessas ligações químicas libera calor. Essas ligacões se refazem continuamente em outros pontos de contato, enquanto ocorre o deslocamento relativo entre os objetos.Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é friccionar dois objetos de forma que o atrito entre os dois seja intenso o suficiente para liberar uma quantidade significativa de calor, ou seja, energia térmica.Neste experimento utilizamos um bloco de madeira e uma lixa. A lixa é utilizada por apresentar uma superfície rugosa, a qual permite um maior número de pontos de contato, com conseqüente maior número de ligações químicas. Ou seja: maior atrito. O experimento consiste em esfregar a lixa sobre o bloco de madeira. Durante este processo, a lixa, objeto em movimento, transformará sua energia de movimento em energia térmica. Este aquecimento acontece devido ao movimento constante entre os dois objetos, que faz com que as ligações químicas se formem e se rompam com grande freqüência.O que se pode observar é que, quanto mais rápido for o movimento da lixa sobre o bloco de madeira, mais energia de movimento a lixa terá. Isso faz com que o atrito nas superfícies de contato seja maior, provocando desta forma, a transformação da energia de movimento em energia térmica e sonora, em parte menor.Tabela do MaterialItem Observações

uma lixa Utilizamos uma lixa d'água número 180. Caso não consiga este modelo, use uma lixa de pedreiro, encontrada em qualquer casa de materiais de construção.

um bloco de madeira Usamos o bloco de madeira como superfície de contato para esfregar a lixa.

Montagem Com a lixa esfregue o bloco de madeira bem rápido. Coloque o dedo na lixa, após o movimento para poder sentir o seu aquecimento. Repita o procedimento se for necessário.

Comentários Para poder sentir a energia térmica, a lixa deve ser esfregada de modo rápido sobre o bloco.

Este processo é como se você estivesse lixando o bloco;



Experiência nº 37 - ELEVADOR HIDRÁULICO57

ObjetivoO objetivo deste experimento é mostrar o Princípio de Pascal no funcionamento de um elevador hidráulico.ContextoEm 1652 um jovem cientista francês Blaise Pascal (1623-1662), um grande colaborador nas ciências físicas e matemáticas, através do estudo no comportamento dos fluidos, enunciou um princípio muito importante na Física, o Princípio de Pascal: "A variação de pressão sofrida por um ponto de um líquido em equilíbrio é transmitida integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente onde está contido". O elevador hidráulico é um dos aparelhos que funcionam através deste princípio, transmitindo a pressão exercida sobre uma de suas colunas a todos os pontos do elevador e o resultado final é que aplica-se uma força menor do que realmente necessária para se elevar um objeto. Acompanhe na figura abaixo.

A pressão exercida na coluna mais estreita do elevador, onde a seção reta possui área a, é tansmitida a todos os pontos do fluido. Essa pressão é transmitida até o outro extremo, cuja coluna tem seção reta de área A (maior quea). Se essa segunda coluna for usada como a coluna de um elevador hidráulico, vemos que a força que agirá sobre a coluna do elevador deverá ser maior que a força que foi aplicada na primeira coluna. Isto é: p= f/a e também p= F/A, onde F é a força que age sobre a área de seção reta da coluna de fluido que acomoda a base da coluna do elevador hidráulico. Igualando- se as equações, tem-se a equação F= (A/a)f, onde (A/a) é maior que 1.Isto implica que, se a área da coluna do elevador for triplicada, a força também será, devido à pressão em ambas as colunas ser a mesma.Outros exemplos da utilização do Princípio de Pascal são as cadeiras de dentistas ou ainda em sistemas como o freio hidráulico de automóveis.Idéia do ExperimentoA idéia do experimento é fazer algo parecido com um elevador hidráulico, conhecido também como macaco hidráulico através de sistemas feitos de seringas.O funcionamento de um elevador hidráulico é baseado na transmissão de pressão, feita na coluna de área menor, até a outra coluna, de área maior, elevando um objeto sobre a coluna maior.Este experimento utiliza dois sistemas diferentes de seringas, um com duas seringas de 5 ml e outro com uma seringa de 5 ml e outra de 10 ml.O primeiro sistema (5 ml- 5 ml) consiste em pressionar o êmbolo de uma seringa de 5 ml, contendo água, fazendo com que esta eleve um objeto posto sobre o êmbolo da outra seringa vazia de 5 ml. Isto é realizado através da ligação das duas seringas (5 ml-5 ml) por um pedaço de mangueira, completamente cheia de água e sem nenhuma bolha de ar. A força aplicada na seringa de 5 ml (cheia) produz uma pressão sobre a água, que é transmitida a outra seringa de 5 ml até a sua extremidade, fazendo com que o objeto posto sobre o êmbolo seja elevado. Neste caso, não há multiplicação da força, pois as áreas das seringas são iguais.Este mesmo processo é realizado sobre o sistema de seringas de 5 ml e 10 ml. A seringa de 10 ml ficará vazia e com o mesmo objeto sobre o seu êmbolo. Neste caso, haverá uma multiplicação da força aplicada sobre o êmbolo da seringa de 5 ml, pois a área do êmbolo da seringa de 10 ml é maior que o êmbolo da seringa de 5 ml. Assim, ao pressionarmos o êmbolo das seringas de 5 ml, dos dois sistemas, ao mesmo tempo, temos a impressão de que fazemos mais força no sistema de seringas de 5 ml- 5 ml.Tabela do Material

58

uma caixa de papelão pequena - Ela será o suporte do experimento. Utilizada para encaixar as seringas

3 seringas de 5ml - As seringas serão usadas para a montagem do elevador hidráulico. 1 seringa de 10ml - A seringa será usada para a montagem do elevador hidráulico 2 mangueiras de equipossoro - As mangueiras de equipossoro utilizadas são encontradas em

qualquer farmácia. Elas são usadas para fazer a conexão das seringas. 2 caixas de fósforo - Utilizamos duas caixas de fósforo para segurar as bolinhas de gude sobre

os êmbolos das seringas 10 bolinhas de gude - As bolinhas de gude são usadas em uma quantia de 5 bolinhas por caixa.

Essa montagem da caixa com as bolinhas será o peso a ser elevado.Montagem Retire os êmbolos das seringas. Corte duas mangueiras de equipossoro de, aproximadamente, 35cm cada uma. Acople duas seringas de 5ml à uma das mangueiras. Faça o mesmo processo para as outras

seringas de 5ml e 10ml com a outra mangueira. Encha as duas seringas de 5ml em algum recipiente com água (não deixe formar bolhas de ar). A

mangueira, também, deverá estar completamente cheia de água e sem bolhas de ar. Coloque os êmbolos nas seringas sem deixar entrar bolhas de ar. Com uma das seringas do sistema 5ml- 5ml, injete água na outra seringa. Uma das seringas

ficará cheia até, aproximadamente, a marca de 5ml e na outra seringa restará alguns centímetros de água. De algum jeito tire este resto de água da seringa, de forma que, o êmbolo fique totalmente encostado no fundo da seringa.

Repita este mesmo processo para as outras seringas de 5 e 10ml. Neste caso, a seringa de 10ml injetará água na seringa de 5ml, de modo que ela fique vazia.

Na caixa de papelão faça quatro furos de acordo com o tamanho das seringas, ou seja, as seringas deverão passar por estes furos (ver esquema de montagem).

Encaixe os sistemas de seringas nos furos da caixa (ver esquema de montagem). Coloque uma das caixas de fósforo, presa por fita adesiva, sobre a seringa que estiver com o

êmbolo abaixado do sistema de seringas de 5 e 5ml. A outra caixa deverá ficar presa sobre a seringa de 10ml, a qual deverá estar com o êmbolo abaixado.

Coloque as bolinhas de gude, mesma quantidade, dentro das caixas de fósforo. Pressione, ao mesmo tempo, os êmbolos das seringas de 5ml dos dois sistemas. Observe se a força feita nos dois êmbolos será a mesma para os dois sistemas. Repita o experimento várias vezes para peceber a diferença de força aplicada nos sistemas.

Comentários Este experimento deverá ser feito com muita atenção. Em caso de não estar dando certo observe

os seguintes detalhes: as seringas e as borrachinhas deverão estar sem bolhas de ar; a quantidade de bolinhas de gude deverá ser a mesma para ambos os sistemas.


Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/BauruExperiência nº 38 - Modelo de Foguete(3ª lei de Newton, Quantidade de movimento e Impulso)

59

Prof. Luiz Ferraz Netto [email protected] IntroduçãoEsse modelo de "foguete" é barato e fácil de se fazer. Pode ser usado, no plano didático, para evidenciar a terceira lei de Newton, conceituar quantidade de movimento e impulso.MaterialPlaca de madeira de (20 x 10 x 1) cm3 pregosTira de elástico, fio de linha e tiras de papel jornal.MontagemO foguete é construído com madeira leve e espessura de 1cm. Conforme se ilustra, espetam-se na madeira três pregos. A tira de elástico (pode ser de látex, usado para prender dinheiro) é presa nos dois pregos traseiros e esticada até o terceiro prego mediante um fio de linha. O elástico deve exercer uma boa tensão e, seu tamanho deve ser selecionado adequadamente.

Um pedaço de papel jornal, tira enrolada e dobrada fazendo um "V", é colocado na região central do elástico e apoiada sobre o fio de linha.O foguete é colocado em uma bacia contendo água (aquário ou piscina para crianças) e que lhe permita alguma mobilidade.ProcedimentoCom um fósforo, queima-se o fio que segura o elástico. Quando o fio arrebenta, o pedaço de papel é ejetado para trás e o foguete move-se ligeiramente para a frente (figura B).Fazendo-se a experiência sem o pedaço de papel pode-se mostrar que não haverá deslocamento do "foguete" pois nada que faça parte dele foi lançado.Procure, em cada experimento, usar sempre o mesmo comprimento de linha para reproduzir sempre a mesma tensão no fio.Num segundo experimento, coloque enrolada e dobrada juntas, duas tiras de papel jornal. Observe o efeito com esse jato mais pesado.Saliente isso: quanto maior a massa ejetada maior o impulso para a frente.Num terceiro experimento, coloque a tira de papel em V e dobre a tensão no elástico (dando o dobro da deformação) e compare os deslocamentos do foguete.Saliente isso: quanto maior a velocidade da massa ejetada maior o impulso para a frente.Num quarto experimento, coloque duas tiras de papel enroladas e dobradas em V (como no segundo experimento) e dê ao elástico o dobro de tensão (como no terceiro experimento) e compare os deslocamentos do foguete.Saliente isso: o impulso para a frente depende, ao mesmo tempo, da massa ejetada e de sua velocidade.

Experiência nº 39 - LARANJAS DANÇARINAS

60

mailto:[email protected]

http://www.feiradeciencias.com.br/autor.asp

ENERGIA CINÉTICA - As laranjas vão dançar!

MATERIAL1. Duas laranjas2. Barbante

COMO FAZER1. Faça um varal com o barbante. 2. Corte dois pedaços de barbante e amarre um pedaço em cada laranja.3. Pendure as laranjas no varal de barbante, deixando-as na mesma altura. 4. Balance uma das laranjas.

O QUE ACONTECEQuando a laranja que está balançando começar a parar, a outra laranja começará a balançar.

POR QUE ACONTECE?Por causa da energia cinética (energia das coisas em movimento). A energia cinética da laranja que está balançando passa pelo barbante até a outra laranja. Essa outra laranja começa a balançar também, até que a energia cinética volta pelo barbante para a primeira laranja. E assim a energia cinética fica passando pelo barbante de uma laranja para outra, e as duas ficam balançando alternadamente.

Experiência nº 40 - VAI E VEM

61

Energias potencial e cinética

MATERIAL1. Fósforos 2. Tesoura sem ponta 3. Duas porcas grandes de metal 4. Um pote largo de plástico com tampa 5. Elástico 6. Barbante COMO FAZER

1. Amarre as porcas ao elástico com o barbante. 2. Faça um furo na tampa e outro no fundo do pote.3. Enfie o elástico no buraco do fundo do pote e prenda pelo lado de fora com o palito de

fósforo. Faça o mesmo com a tampa, prendendo com o outro palito de fósforo.4. Role o pote.

O QUE ACONTECEVocê rola o pote e ele volta. POR QUE ACONTECE?Isso acontece porque quando o pote rola, o elástico vai torcendo por dentro e, acumulando energia, conhecida como energia potencial. Quando o elástico é solto, vai se desenrolando e a energia potencial vai se transformando em energia de movimento ou energia cinética, fazendo com que o pote role de volta.

62

UM PRATO EM 'LOOP' - Sacramentinas - Colégio … · Web viewO esquema ilustra uma manobra da...

Documents

Transcript of UM PRATO EM 'LOOP' - Sacramentinas - Colégio … · Web viewO esquema ilustra uma manobra da...