Segue abaixo meus queridos alguns exemplos de experimentos... Lembrem-se experimentação é experimentar, tente, invente!

DISCO FLUTUANTE- A Influência do Atrito no Movimento

Objetivo - Mostrar a influência que o atrito exerce sobre o movimento de um objeto.

Contexto - O 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 - 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.

Tabela do Material

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

Esquema Geral de Montagem

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

ARRASTÃO- A influência da área de contato no atrito

Objetivo - O 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 ao lado 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 experimento - A 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.

Tabela do material

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 3

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SEGREDO DA CAIXA - A influência do peso no atrito

Objetivo - O experimento visa mostrar que há relação entre a força de atrito que age em um objeto e o peso desse objeto.

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 acima 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 experimento - Com 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.

Tabela do material  

Montagem

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

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LIXA - A influência do tipo de superfície no atrito

Objetivo - O experimento mostra que a força de atrito depende das superfícies dos objetos em contato.

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 acima 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 experimento - O 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.

Tabela do material

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

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MHS

ROLAMENTO - A influência do rolamento no atrito

Objetivo - O experimento visa mostrar que a força de atrito que aparece numa situação de rolamento é muito menor que numa situação de deslizamento.

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 acima 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 experimento - Obviamente 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. 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.

Tabela do material

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.

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

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BOLHAS CONFINADAS - Movimento com Velocidade Constante

Objetivo - Observar um fenômeno, facilmente mensurável, onde objetos se deslocam com velocidade constante.

Contexto - Este 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 Experimento - O 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.

Tabela do Material

Montagem

• Corte a mangueira em dois pedaços de 60 cm.
• Cole as mangueiras paralelamentes 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!

Esquema Geral de Montagem

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GOTAS MARCANTES - Movimento com Aceleração Constante

Objetivo - Mostrar o movimento de um objeto acelerado.

Contexto - Sem 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 Experimento - O 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.

Tabela do Material

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.

Esquema Geral de Montagem

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:

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TROMBADA - Princípio da Inércia ou 1a. Lei de Newton

Objetivo - Demonstrar que objetos em movimento, quando não há ação de forças externas, tendem a continuar em movimento.

Contexto - O 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 Experimento

O 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.

Tabela do Material

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.

Esquema Geral de Montagem:

PETELECO- Princípio da Inércia ou 1a. Lei de Newton

Objetivo - Demonstrar que objetos em repouso, quando não há ação de forças externas, tendem a continuar em repouso.

Contexto - O 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 Experimento - O 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 Material

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.

Esquema Geral de Montagem:

CANHÃO DE BORRACHINHA - Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear

Objetivo - 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.

Contexto - O 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 Experimento - O 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.

Tabela do Material

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 no 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.

Esquema Geral de Montagem:

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

CANHÃO DE SAL DE FRUTAS I - Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear

Objetivo - 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.

Contexto - O 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 Experimento - O 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.

Tabela do Material

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.

Esquema Geral de Montagem

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

CANHÃO DE SAL DE FRUTAS II- Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear

Objetivo - 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.

Contexto - O 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 Experimento - O 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.

Tabela do Material

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.

Esquema Geral de Montagem

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

BALÃO-FOGUETE - Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear

Objetivo - 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.

Contexto - O 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 Experimento - O 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.

Tabela do Material

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

CARRINHOS BATE-BATE - Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear

Objetivo - Ilustrar 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.

Contexto - O 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 Experimento - O 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).

Tabela do Material

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.

Esquema Geral de Montagem:

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

BOLINHAS DE VIDRO - Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear

Objetivo - Ilustrar 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.

Contexto - O 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 Experimento - O 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).

Tabela do Material

• 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.
• 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.

Esquema Geral de Montagem:

QUEDA DE MOEDAS - Movimento de projéteis

Objetivo - Demonstrar 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.

Contexto - É 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 Experimento - A 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 Material

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 demostrar o proposto.

Esquema geral

POLIAS - Máquinas simples

Objetivo - Mostrar de que modo as polias podem ser usadas para economizar esforço.

Contexto - As 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 Experimento - A 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

Montagem

• 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.

Esquema Geral de Montagem:

QUEDAS IGUAIS I - Queda livre

Objetivo - Mostrar que, independentemente da massa dos objetos, eles sempre demoram o mesmo tempo para chegar ao chão, se soltos da mesma altura.

Contexto - Pegue um objeto pesado e outro leve, então se pergunte: qual dos dois chegará primeiro ao chão? Se você perguntar a alguém, provavelmente lhe responderão: o objeto mais pesado. Mas foi Galileo Galilei (1564-42) quem provou que isso não é verdade, fazendo uma experiência parecida como esta do alto da Torre de Pisa. O fato é que todos os corpos na vizinhança da Terra sofrem uma atração em direção ao centro gravitacional do planeta (próximo ao centro da Terra). Para algo que está na superfície, como qualquer pessoa, essa atração se manifesta para baixo, que é a direção para o centro terrestre. Como todos os objetos caem do mesmo modo, deve haver algo que seja comum a todos eles: de fato, possuem a mesma aceleração de queda, que é a aceleração gravitacional. Com a mesma aceleração, todos os objetos ganham velocidade na mesma proporção. Como ganham velocidades iguais, devem chegar juntos ao solo, se largados ao mesmo tempo, da mesma altura.

Idéia do experimento - O experimento consiste em observar a queda de pares de objetos com massas diferentes. Neste experimento, temos 2 objetos de massas muito diferentes: um livro e uma foha de papel. Com a folha de papel em uma mão e um livro grosso na outra, solta-se os dois da mesma altura ao mesmo tempo. O resultado esperado na primeira queda é que o livro chegue ao chão antes da folha, o que é confirmado pela experiência. Este tipo de resultado é que cria o senso comum de que os objetos mais pesados caem mais rápido. Então realiza-se uma segunda queda, desta vez com a folha de papel sobre a capa do livro. O resultado é surpreendente: agora os dois objetos caem juntos. O que acontece é que a força de resistência do ar tem efeito muito maior na follha do que no livro, freando o movimento da folha. Quando a folha é colocada por sobre o livro, a força de resistência é praticamente eliminada permitindo que a folha caia livremente, chegando ao mesmo tempo que o livro ao chão. Com estes experimentos pode-se observar que todos os objetos caem do mesmo modo, a menos que a resistência do ar retarde o movimento.

Tabela do material

Comentários - A verificação dos resultados depende da observação atenta da queda. Por isso repita cada par de quedas pelo menos duas vezes.

QUEDAS IGUAIS II -Queda livre

Objetivo - Mostrar que, independentemente da massa dos objetos, eles sempre demoram o mesmo tempo para chegar ao chão, se soltos da mesma altura.

Contexto - Pegue um objeto pesado e outro leve, então se pergunte: qual dos dois chegará primeiro ao chão? Se você perguntar a alguém, provavelmente lhe responderão: o objeto mais pesado. Mas foi Galileo Galilei (1564-42) quem provou que isso não é verdade, fazendo uma experiência parecida como esta do alto da Torre de Pisa. O fato é que todos os corpos na vizinhança da Terra sofrem uma atração em direção ao centro gravitacional do planeta (próximo ao centro da Terra). Para algo que está na superfície, como qualquer pessoa, essa atração se manifesta para baixo, que é a direção para o centro terrestre. Como todos os objetos caem do mesmo modo, deve haver algo que seja comum a todos eles: de fato, possuem a mesma aceleração de queda, que é a aceleração gravitacional. Com a mesma aceleração, todos os objetos ganham velocidade na mesma proporção. Como ganham velocidades iguais, devem chegar juntos ao solo, se largados ao mesmo tempo, da mesma altura.

Idéia do experimento - O experimento consiste em observar a queda de pares de objetos com massas diferentes. Neste experimento, temos 2 objetos de massas muito diferentes: um livro e uma foha de papel alumínio. Com a folha de papel alumínio em uma mão e um livro grosso na outra, solta-se os dois da mesma altura ao mesmo tempo. O resultado esperado na primeira queda é que o livro chegue ao chão antes da folha, o que é confirmado pela experiência. Este tipo de resultado é que cria o senso comum de que os objetos mais pesados caem mais rápido. Então realiza-se uma segunda queda, desta vez com a folha de papel alumínio bem amassada, na forma de uma bolinha. O resultado é surpreendente: agora os dois objetos caem juntos. O que acontece é que a força de resistência do ar tem efeito muito maior na follha do que no livro, freando o movimento da folha. Quando a folha é amassada, diminuindo a área de atrito com ar, a força de resistência é praticamente eliminada permitindo que a folha caia livremente, chegando ao mesmo tempo que o livro ao chão. Com estes experimentos pode-se observar que todos os objetos caem do mesmo modo, a menos que a resistência do ar retarde o movimento.

Tabela do material

Comentários - A verificação dos resultados depende da observação atenta da queda. Por isso repita cada par de quedas pelo menos duas vezes.

QUEDAS IGUAIS III - Queda livre

Objetivo - Mostrar que, independentemente da massa dos objetos, eles sempre demoram o mesmo tempo para chegar ao chão, se soltos da mesma altura.

Contexto - Pegue um objeto pesado e outro leve, então se pergunte: qual dos dois chegará primeiro ao chão? Se você perguntar a alguém, provavelmente lhe responderão: o objeto mais pesado. Mas foi Galileo Galilei (1564-42) quem provou que isso não é verdade, fazendo uma experiência parecida como esta do alto da Torre de Pisa. O fato é que todos os corpos na vizinhança da Terra sofrem uma atração em direção ao centro gravitacional do planeta (próximo ao centro da Terra). Para algo que está na superfície, como qualquer pessoa, essa atração se manifesta para baixo, que é a direção para o centro terrestre. Como todos os objetos caem do mesmo modo, deve haver algo que seja comum a todos eles: de fato, possuem a mesma aceleração de queda, que é a aceleração gravitacional. Com a mesma aceleração, todos os objetos ganham velocidade na mesma proporção. Como ganham velocidades iguais, devem chegar juntos ao solo, se largados ao mesmo tempo, da mesma altura.

Idéia do experimento - O experimento consiste em observar a queda de pares de objetos com massas diferentes. Neste experimento, temos 2 objetos de massas bem diferentes: duas esferas modeladas, uma com pouca e outra com muita massa de modelar. Toma-se de um pacote de massas de modelar com, por exemplo, 10 barras e usa-se 8 barras para fazer a esfera maior e 2 barras para fazer a menor. Solta-se as duas da mesma altura ao mesmo tempo usando algo (caderno, livro, etc) como bandeja: vira-se a bandeja de modo que as duas esferas comecem a cair ao mesmo tempo. O resultado é que as esferas tocam o chão ao mesmo tempo, apesar delas terem visivelmente massas diferentes. Se conclui então que a massa não tem efeito sobre a velocidade da queda dos objetos.

Tabela do material

Comentários - A verificação dos resultados depende da observação atenta da queda. Por isso observe com muita atenção o momento em que chegam ao solo.

Esquema de montagem:

QUEDAS IGUAIS IV - Queda livre

Objetivo - O objetivo do experimento é mostrar que dois objetos de formas iguais, quando soltos de uma mesma altura, levam o mesmo tempo para tocar o solo, independentemente de suas massas.

Contexto - Normalmente quando perguntamos a alguma pessoa sobre o tempo de queda de dois objetos soltos de uma mesma altura, ela nos responderá que o mais pesado será mais rápido. Além desta ser uma concepção espontânea, a física de Aristóteles (384-322 a.C) também afirmava que objetos mais pesados caíam mais rápidos com relação aos mais leves. Mas Galileo Galilei (1564-1642), provou experimentalmente que isso não era verdade. Através de seus experimentos, ele mostrou que os objetos que apresentem o mesmo grau de resistência ao movimento através do ar, independentemente de seu peso, em movimento de queda livre, caíam juntos quando soltos de uma mesma altura. O fato é que todos os objetos na superfície da Terra sofrem uma atração em direção ao centro gravitacional do planeta, ou seja, próximo ao centro da Terra. Na verdade, possuem a mesma aceleração de queda (aceleração gravitacional). Com a mesma aceleração, todos os objetos ganham a mesma velocidade. Com velocidades iguais, devem chegar juntos ao solo, se soltos ao mesmo tempo, da mesma altura.

Idéia do Experimento - Apesar das pessoas terem a concepção espontânea de que objetos mais pesados caem mais rápidos com relação aos mais leves, se soltos de uma mesma altura, através deste experimento mostraremos que isso não é verdade. Variando as massas de dois objetos iguais, os quais por serem idênticos apresentam o mesmo grau de resistência ao movimento através do ar, verificamos que eles chegam ao solo ao mesmo tempo, independentemente de suas massas. Na realidade, o atrito com o ar é o responsável pelo fato de que objetos diferentes tenham diferentes tempos de queda. E a forma do objeto é que determina quanto atrito vai existir quando ele for movimentado através do ar. Assim, por exemplo, duas folhas iguais de mesmo material (portanto, de mesma massa) possuem tempos de quedas completamente diferentes se uma delas for amassada em forma de uma bolinha.

A idéia é a de permitir que, dois objetos idênticos, com a mesma distância em relação ao solo, iniciem uma queda ao mesmo tempo. Então, mesmo variando as massas dos objetos, poderemos observar se eles tem o mesmo tempo de queda ou não. O experimento consiste em girar um pedaço de cabo de vassoura, com duas garrafas idênticas presas por dois pedaços de barbante iguais; em cada extremidade livre dos barbantes, é feito um laço e encaixado a cada prego fixo no cabo à uma certa distância.

O que se pode observar neste experimento é um único som produzido pelo choque das garrafas com o solo, para qualquer quantidade de massa em cada garrafa . Conclui-se, que dois objetos de formas iguais, quando soltos de uma mesma altura, tocam o solo ao mesmo tempo, independentemente de suas massas.

Tabela do Material  

Montagem

• Fixe os pregos no cabo de vassoura de modo que fiquem alinhados.
• Amarre o barbante na tampa da garrafa e com a outra extremidade faça um laço e coloque no prego.
• Repita o procedimento para a outra garrafa, deixando o mesmo comprimento de barbante.
• Coloque uma certa quantidade de água em uma das garrafas e o dobro na outra.
• Levante o cabo de vassoura, horizontalmente, até uma certa altura.
• Gire o cabo de vassoura fazendo com que as garrafas se desprendam ao mesmo tempo.
• Faça com as garrafas vazias ou com a mesma quantidade de água.

Comentários - Se o experimento falhar verifique os seguintes aspectos: os tamanhos do barbante de cada garrafa devem ser iguais; os pregos devem estar alinhados e com o mesmo relevo (referente a sua altura); o giro do cabo de vassoura no momento de soltar as garrafas deve ser rápido; observe se a altura entre o fundo das garrafas e o solo são iguais; para realizar o experimento para diferentes massas é aconselhável que uma das garrafas esteja completa de líquido e a outra esteja com aproximadamente a metade do conteúdo da outra.

Esquema Geral de Montagem

GIRA-GIRA I - A velocidade de um objeto descrevendo uma curva

Objteivo - Este experimento visa mostrar que a direção da velocidade é tangencial à trajetória descrita por um objeto em 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.

Idéia do experimento - O 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.

Tabela do Material

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)

GIRA-GIRA II - A força que segura um objeto descrevendo uma curva

Objetivo - Mostrar que a força para manter um objeto em rotação é proporcional a sua velocidade.

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 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.

Tabela do material

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.
• 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

GIRA-GIRA III - A velocidade de um objeto descrevendo uma curva

Objetivo - 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.

Tabela do material

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.

Esquema de montagem

DESAFIO DA CORDA - A força é uma grandeza vetorial

Objetivo - Mostrar que forças são grandezas físicas que dependem, além da intensidade, da direção e do sentido da aplicação. Ou seja, forças são grandezas vetoriais.

Contexto - O 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 experimento - Consiste em provar que não há como anular a força peso, uma força vertical, aplicando forças horizontais. Durante o experimento é possivel 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 barbande 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 material

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

GANGORRA - A rotação é criada por um torque

Objetivo - Mostrar como forças e distâncias se combinam para produzir ou evitar rotações.

Contexto - É 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 experimento - O 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

Montagem

• 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

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

Aqui duas moedas de um lado e uma apenas do outro.

ALICATE - A força pode ser ampliada através de torques

Objetivo - O objetivo do experimento é mostrar como ampliar forças e facilitar trabalhos.

Contexto - É 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 experimento - O alicate é uma ferramenta que utiliza o torque para facilitar trabalhos. Ele amplia a força exercida no cabo e a aplica pela pinça numa peça qualquer. No desenho abaixo pode se ver a força f1 transformada na força F2.

Figura 1

A força f1 interage com a distância D1 produzindo torque no alicate. A mesma quantidade de torque aparece do outro lado da ferramenta, mas este outro torque é dado pelo produto da força F2 pela distância d2. Como a distância do ponto de aplicação da força f1 ao eixo de rotação (D1) é muito maior que d2, a força F2 deve ser muito maior que a força f1 para que as quantidades de torque sejam iguais nos dois lados do alicate.

Desta forma quanto menor for d2, maior será a ampliação de f1 (F2); ou quanto maior for D1 maior também será a ampliação de f1 (F2). De fato, a força F2 será multipla da razão entre D1 e d2:

F2 = (D1/d2)xf1

O experimento propõe uma forma de deixar o alicate muito mais eficiente. A idéia é aumentar a distância D1 usando dois pedaços de cano. Eles são acoplados aos braços do cabo do alicate para ampliar a força exercida pela ferramenta.

Para amassar um clipe é necessário muita força. Para tanto usa-se o alicate, que amplia a força, para amassar o clipe. Quando se aumenta o comprimento dos "braços" do cabo com os pedaços de cano amplia-se ainda mais a força aplicada no cabo (f1 na Figura 1). Desta forma será preciso muito menos força para fazer o mesmo trabalho de amassar o clipe na pinça do alicate, pois a ampliação foi muito maior.

Tabela do material

Montagem

• Amasse o clipe com o alicate.
• Insira os canos nos "braços" do cabo do alicate.
• Segure nas pontas do cabo ampliado e amasse o outro clipe.
• Perceba em qual situação fez menos força.

Comentário - O conjunto canos-alicate deve ser tal que não iniba o movimento da ferramenta, o que pode ser conseguido experimetando-se alguns modelos diferentes de canos e alicates.

Esquema de montagem

ENERGIA DE MOVIMENTO - Energia Cinética

Objetivo - O objetivo deste experimento é ilustrar o conceito de Energia Cinética.

Contexto - O 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 Experimento - A 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  

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.
• 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.

Esquema Geral de Montagem

BATE E NÃO VOLTA - Energia Potencial Gravitacional

Objetivo - O objetivo deste experimento é ilustrar a energia de interação de um objeto com a Terra, a Energia Potencial Gravitacional.

Contexto - O 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 Experimento - A 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.

Tabela do Material

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.

Esquema Geral de Montagem

BATE E VOLTA -  Energia Potencial Elástica

Objetivo - O objetivo deste experimento é mostrar o armazenamento da energia na forma de Energia Potencial Elástica.

Contexto - O 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 Experimento - A 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

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.
• 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

CONSERVAÇÃO DA ENERGIA I-  Conservação da Energia Mecânica

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

Contexto - 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 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 Experimento - A 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 Material  

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.

Esquema Geral de Montagem

CONSERVAÇÃO DA ENERGIA II -  Conservação da Energia Mecânica

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

Contexto - 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 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 Experimento - A 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.

Tabela do Material  

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.

Esquema Geral de Montagem

CONSERVAÇÃO DA ENERGIA III - Conservação da Energia Mecânica

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

Contexto - 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 Experimento - A 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  

Montagem

• 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.

Esquema Geral de Montagem

ECONOMIA DE FORÇA I - Conceito físico de trabalho

Objetivo - O objetivo deste experimento é ilustrar o conceito físico de trabalho.

Contexto - 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 experimento - A 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  

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.

Esquema Geral de Montagem

Se 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
 

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  C

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

ECONOMIA DE FORÇA II - Conceito físico de trabalho

Objetivo

O objetivo deste experimento é ilustrar, através de um plano inclinado, formas de se realizar o mesmo trabalho economizando força.

Contexto

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 Experimento

A 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
 

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

ANEXO

DINAMÔMETRO

Se 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
 
 

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  C

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

TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA MECÂNICA EM ENERGIA TÉRMICA - Produção de calor pelo movimento

Transformação de Energia Mecânica em Energia Térmica

Objetivo

O objetivo do experimento é ilustrar a transformação da energia mecânica em energia térmica.

Contexto

Quando 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 Experimento

A 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 Material
 

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;

Esquema Geral de Montagem

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

SUBMARINO NA GARRAFA - Princípio de Arquimedes

Objetivo

O objetivo deste experimento é a demonstração do princípio de funcionamento de um submarino, ilustrando o Princípio de Arquimedes.

Contexto

Todos os objetos nas proximidades da Terra sofrem a ação da força gravitacional, também denominada força peso ou simplesmente peso. O peso é a intensidade com que o objeto é atraído para o centro da Terra, ou seja, cuja direção segue de cima para baixo. Por outro lado, de acordo com o Princípio de Arquimedes (287a.C.-212a.C.) "todo objeto sólido mergulhado em um meio fluido (líquido ou gasoso) sofre um empuxo (uma força) cuja direção segue de baixo para cima e a intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto". Este princípio permite entender por que os objetos sobem, descem ou permanecem em equilíbrio ao serem imersos em um fluido.

Após a manipulação matemática do princípio, conclui-se que a relação entre as densidades do objeto e do fluido é que vai determinar o resultado final. A densidade é expressa como o quociente entre a massa e o volume do objeto. Um objeto mais denso que o fluido, afunda; um objeto menos denso sobe e de mesma densidade fica em equilíbrio (parado: nem sobe nem desce).

Quando o objeto é imerso num fluido, a intensidade da força empuxo vai aumentando à medida que o objeto submerge. A partir do instante que o objeto fica completamente submerso, a intensidade do empuxo não aumenta mais. Isto se deve ao fato de que o volume do fluido deslocado já será máximo, correspondendo ao volume do próprio objeto.

Na superfície da Terra há empuxo sobre qualquer coisa, inclusive os humanos. Isto acontece devido à atmosfera ser um meio fluido (gases). Já no espaço intergaláctico, não há empuxo sobre nada, pois não há fluido para que tal força possa existir.

Um exemplo é o cubo de gelo, que flutua quando é mergulhado na água, mas afunda se substituirmos a água por álcool. Isto se deve à densidade do gelo ser menor que a densidade da água, porém maior que a do álcool. Um pedaço de ferro afunda na água e flutua no mercúrio. Isso ocorre devido à densidade do ferro ser menor que a densidade do mercúrio, porém maior que a da água. Outro exemplo é um balão (cheio de gás hélio, menos denso que o ar) que sobe no ar. Isto se deve ao fato de a densidade do balão ser menor que a do ar (o fluido neste caso). Se o balão estiver cheio de água, sua densidade será maior que a do ar e ele não subirá.

Idéia do Experimento

A idéia do experimento é fazer algo parecido com um submarino, mas de modo a podermos observar facilmente o Princípio de Arquimedes. Trata-se de um arranjo onde pode-se observar os efeitos das forças que atuam em um objeto imerso na água.

No experimento utilizamos uma caneta preparada de acordo com as instruções de montagem e uma garrafa de dois litros de refrigerante vazia. O experimento consiste em mergulharmos a caneta na garrafa cheia de água e sem nenhuma bolha . Quando mergulhamos a caneta na garrafa, a parte superior da caneta deverá ficar no mesmo nível que a superfície da água na garrafa. Isto se deve ao empuxo exercido pela água da garrafa, que age no sentido vertical de baixo para cima, ser maior que o peso, que puxa para baixo. Após o fechamento, ao apertarmos a garrafa, a caneta irá afundar e desapertando ela retornará para cima. A explicação para este fato está relacionado à densidade da caneta. Ou seja, quando a densidade da caneta for maior que a da água, a intensidade da força empuxo será menor que o da força peso e a caneta afundará. Se a densidade da água for maior que a da caneta, o empuxo sobre a caneta terá intensidade maior que o peso e a caneta subirá.

O que se pode observar é que, quando apertamos a garrafa estamos fornecendo uma quantidade de pressão a todos os pontos da água no seu interior. Com esse aumento de pressão, a água da garrafa penetrará na caneta através do furinho e fará com que a massa da caneta aumente. Com esse aumento de massa, a caneta terá uma densidade maior que a da água e afundará. Ao descomprimirmos a garrafa, a pressão volta ao normal, então sai água da caneta e a densidade da caneta fica menor que a da água. Novamente, fazendo com que ela suba. Este experimento só é possível devido à caneta não estar completamente cheia, ou seja, restando um pouco de ar no seu interior. Como a caneta e a garrafa são transparentes, é possível observar a variação da quantidade de água no interior da caneta, e o conseqüente movimento dela para baixo ou para cima.

O submarino funciona do mesmo modo: bombas de água enchem e esvaziam tanques em seu interior usando a água que o circunda e o ar que preenchia os tanques são acomodados em tanques de ar comprimido.

Tabela do Material

Montagem

Retire a tampa e o refil da caneta.

Corte transversalmente a caneta na extremidade da ponta, de forma a deixá-la igual à outra extremidade.

Coloque água no tubo de caneta, que deverá estar com uma das extremidades tampadas, deixando, aproximadamente, 5 ou 6 centímetros de ar. Para saber se esta quantidade de ar é o suficiente para que a caneta flutue, teste antes em um copo com água.

Tampe a outra extremidade com a outra tampinha.

Coloque o tubo de caneta dentro da garrafa, a qual deverá estar completamente cheia de água e sem bolhas de ar.

Observe que inicialmente a parte superior da caneta deverá ficar na mesma linha que a superfície da água da garrafa, ou seja, flutuando.

Tampe a garrafa.

Comentários

A garrafa não precisa necessariamente estar sem nenhuma bolha de ar. É preciso calibrar bem a quantidade de água utilizada no interior da caneta, pois o sucesso do experimento depende disto.

Esquema Geral de Montagem

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

ELEVADOR HIDRÁULICO - Uma aplicação de hidrostática

Elevador Hidráulico

Objetivo

O objetivo deste experimento é mostrar o Princípio de Pascal no funcionamento de um elevador hidráulico.

Contexto

Em 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 que a). 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 Experimento

A 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
 
 

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.

Esquema Geral de Montagem
 
 

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