Transcript

SEARA DA CINCIA

1

Parte I Mecnica

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

2

Centro de Gravidade e Equilbrio.ObjetivoIlustrar a relao entre a posio do Centro de Gravidade e o equilbrio de um corpo.

DescrioEXPERINCIA 1) Empilhar vrios blocos na borda de uma mesa de modo que formem uma torre inclinada. Use, por exemplo, vrias listas telefnicas. D para fazer uma torre que parece desafiar a gravidade. Comece com uma pilha vertical. Desloque o bloco mais alto na pilha o mais que puder sem que caia. Depois mova os dois blocos superiores juntos at quase cairem. E assim por diante. Note que quanto maior o nmero de blocos movidos menor a distncia que eles podem ser movidos sem que o conjunto desabe. Com muitos blocos e com certa habilidade a torre inclinada fica impressionante. EXPERINCIA 2) Recorte uma forma qualquer em um pedao de papelo ou compensado e determine o Centro de Massa desse recorte do seguinte modo. Faa trs furos perto das bordas e pendure o recorte por cada um deles, sucessivamente. Para cada suspenso, trace uma vertical a partir do furo usando um fio de prumo. Repetindo para os trs furos voc obtm trs retas que se encontram no Centro de Gravidade. Usando um recorte em forma de boomerang voc pode mostrar que o Centro de Gravidade, nesse caso, fica fora do recorte. Use um recorte na forma de um mapa do Brasil e ache o Centro de Gravidade do mapa. Localize a cidade mais prxima desse centro. EXPERINCIA 3) Compre ou pea emprestado um desses objetos que ficam equilibrados na ponta de uma mesa. A gente v esse tipo de objeto em lojas de presentes. Pode ser um bonequinho de arame que se equilibra na borda de uma mesa. Se preferir, faa um voc mesmo usando arame e bolas de epxi. EXPERINCIA 4) Vrias experincias divertidas podem ser feitas ilustrando a posio do Centro de Gravidade no corpo humano. Eis algumas delas. A) Fique de p bem junto a uma parede, tente levantar os calcanhares e se manter desse jeito. Voc vai ver que no consegue. B) Encoste o ombro em uma parede, tente levantar a perna mais afastada e se manter nessa posio!. Essa experincia, como a anterior, mostra que o equilbrio exige um deslocamento do corpo que mantenha a vertical passando pelo centro de gravidade e pela base de apoio do corpo. C) Tocar os ps com as mos sem dobrar os joelhos fcil para quem est em forma. Mas tente fazer isso com o corpo junto a uma parede... D) O Centro de Gravidade das mulheres (em geral) posicionado diferentemente do Centro de Gravidade dos homens. Basta olhar as anatomias de uma moa e de um rapaz para desconfiar desse fato. ACompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

3

experincia mostrada abaixo ilustra isso. Uma moa pode colocar uma caixa de fsforos no cho, ajoelhar-se com as mos para trs e derrubar a caixa de fsforos com o nariz sem cair. Rapazes, normalmente, no conseguem fazer isso por terem o Centro de Gravidade mais alto que moas.

AnliseEssas experincias mostram que possvel fazer uma boa apresentao sem utilizar praticamente nenhum equipamento a no ser o prprio corpo e material muito simples. Todas elas se baseiam no fato de que um corpo fica equilibrado quando seu Centro de Gravidade est diretamente abaixo do eixo de rotao, se existir eixo de rotao. Por exemplo, quando uma pessoa toca os ps com as mos sem dobrar os joelhos, a parte traseira do corpo (conhecida popularmente como bunda) tem de se deslocar para trs. S dessa forma mantm-se a vertical que passa pelo Centro de Gravidade passando pela base dos ps. Faa um desenho mostrando esse resultado para explicar melhor aos seus espectadores. Na torre de blocos, o primeiro bloco (mais de cima) pode ser movido, teoricamente, de 1/2 comprimento. O conjunto dos dois mais altos pode ser movido de 1/4 de comprimento. O conjunto dos trs superiores pode ser movido de 1/6, e assim por diante. O bloco n pode ser movido de 1/2n do comprimento.

MaterialQuase nenhum a no ser o seu corpo e os corpos dos espectadores. O bonequinho equilibrista pode ser encontrado em lojas de presentes mas deve, preferencialmente, ser fabricado de arame e cola epxi. No processo de fabricao voc aprender um bocado sobre a questo do equilbrio.

DicasEsse tipo de projeto de Feira de Cincia deve ser organizado na forma de um pequeno show. A participao da audincia fundamental. Se voc do tipo tmido, com dificuldade de entreter uma platia, escolha outro tipo de projeto. Se quiser mesmo espantar seu pblico use uma bicicleta sem os pneus para se equilibrar em uma corda bamba. Para conseguir isso, o ciclista segura uma longa e fina vara flexvel com pesos nas extremidades. Entretanto, tenha muito cuidado para evitar acidentes com pessoas da equipe ou do pblico.

Centro de Gravidade e Torque.ObjetivoIlustrar os conceitos de Centro de Gravidade e Torque.

DescrioIniciamos com a determinao do Centro de Gravidade de um objeto longo. Uma rgua bem comprida, por exemplo. Apoiamos as duas pontas da rgua nos dedos indicadores ("fura-bolos") e tentamos juntar esses dedos. Veremos que s conseguimos mover um dos dedos deCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

4

cada vez. Depois de algumas tentativas os dedos se encontram em um ponto que o Centro de Gravidade da rgua. Se a rgua for uniforme, esse ponto tambm seu centro geomtrico. A seguir, fazemos a mesma experincia com um objeto bem assimtrico, como uma vassoura. Observamos que o Centro de Gravidade da vassoura fica bem mais perto da ponta onde esto os pelos. Se voc serrar o cabo da vassoura na posio do Centro de Gravidade e pesar as duas partes em uma balana de dois pratos, qual delas ser mais pesada? Em geral as pessoas pensam que ambas tm o mesmo peso, j que serramos no Centro de Gravidade, onde a vassoura ficou equilibrada nos dedos. Pois bem , quem pensa assim est muito errado. A parte menor, onde ficam os pelos, pesa MUITO MAIS que o resto do cabo. Esse resultado surpreende muita gente e serve para ilustrar os conceitos de centro de Gravidade e Torque. Anlise Inicialmente precisamos entender porque os dedos se encontram no Centro de Gravidade. Quando eles esto afastados, o que est mais perto do Centro de Gravidade suporta uma carga maior que o outro. O atrito proporcional a essa carga, logo, o dedo mais prximo do Centro de Gravidade sofre maior atrito e no conseguimos movlo enquanto o outro desliza com facilidade. A parte menor da vassoura pesa mais porque o Centro de Gravidade o ponto onde os torques dos dois lados so iguais ( e no o ponto onde os pesos so iguais). O torque, nesse caso simples, (aproximadamente) o produto do peso de cada lado pela distncia do Centro de Gravidade ao meio de cada lado. Esses torques so (veja a figura): LADO MAIS COMPRIDO: Torque = p D. LADO MAIS CURTO: Torque = P d. Como d menor que D, vemos que P maior que p, j que os torques so iguais. Isto , o lado mais curto pesa mais.

MaterialRgua longa. Vassouras com cabo de madeira. Serrote. Balana de dois pratos.

DicasEssa experincia costuma fazer sucesso por ter um resultado surpreendente. Para facilitar a apresentao (e por economia) use uma ou mais vassouras j serradas no Centro de Gravidade e ligadas por uma luva de unio que ser retirada na hora. A demonstrao com a balana de dois pratos causa mais impacto se o cabo (que mais leve) for colocado primeiro. Ao se colocar a parte menor a balana desaba para esse lado surpreendendo a platia.

A BraquistcronaObjetivoDemonstrar que o caminho mais rpido entre dois pontos, para um objeto sob a ao de uma fora constante, uma ciclide.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

5

DescrioA trajetria que usa o menor tempo entre dois pontos, sob uma fora gravitacional constante uma ciclide. Essa a curva traada por um ponto da borda de uma roda que rola sem deslizar. Uma curva com essa propriedade chamada pelo belo nome de braquistcrona, que vem do grego e significa simplesmente "curva de tempo mnimo". Para demonstrar que, realmente, a ciclide uma braquistcrona, use trs peas longas de borracha e prenda-as sobre uma prancha de madeira. Uma delas deve ser reta, outra deve ser uma ciclide e a terceira uma hiprbole. Para traar essas curvas sobre a prancha, use as frmulas ou as tabelas dadas no fim dessa pgina. Cole as tiras de borracha ou prenda-as com taxinhas. Ponha a prancha sobre uma mesa, inclinando-a um pouco, apoiando a parte de cima com um livro grosso, por exemplo. Solte, ao mesmo tempo, duas bolinhas de gude ("bilas") de vidro ou ao, uma pela reta e outra pela ciclide. Essa ltima dever chegar primeiro ao fim da trajetria. Depois solte as bolinhas pela ciclide e pela hiprbole. Novamente, a bolinha da ciclide deve ganhar a corrida. Mude o ngulo de inclinao e repita a experincia.

AnliseO problema da braquistcrona - isto , achar a curva de menor tempo de viagem entre dois pontos para um objeto sob uma fora gravitacional constante - foi proposto por Johann Bernoulli, no incio do sculo 18 e resolvido por Euler e pelo prprio Bernouilli. Johann Bernoulli fazia parte de uma famlia de matemticos e fsicos que deram muitas contribuies cincia. A conhecida lei de Bernoulli, da hidrodinmica, foi demonstrada por Daniel, filho desse John da braquistcrona (que nome, heim?). Demonstrar, matematicamente, que a ciclide uma braquistcrona, envolve uma tcnica matemtica chamada clculo variacional da qual no trataremos aqui. Basta a demonstrao experimental. Para armar a ciclide e a hiprbole sobre a prancha voc pode usar as equaes que damos a seguir ou as tabelas mostradas no fim dessa pgina. A ciclide descrita pelas equaes paramtricas :x = sin e y =1 cos e a equao da hiprbole simplesmente y =1 . x

Nas tabelas dadas no fim da pgina, os valores de X e Y so genricos. Isto , se voc achar mais conveniente, pode multiplicar ou dividir todos os valores pelo mesmo fator, para ajust-los s dimenses de sua prancha.

MaterialPrancha de madeira. Tiras de borracha que podem ser compradas em lojas de peas de carro. Existem umas tiras usadas para vedar portas de carro que podem servir. Se preferir, embora seja mais trabalhoso, faa as curvas de madeira ou alumnio. Bolinhas de gude, de preferncia de ao.

DicasProcure ler sobre a braquistcrona em alguma enciclopdia, para ilustrar sua apresentao. A vida dos Bernoulli cheia de lances curiosos que voc pode contar durante sua experincia ou em um folheto anexo. Leia tambm sobre a ciclide, que uma curva muito interessante. Pergunte ao seu professor de matemtica sobre ela. Um bom artigo sobre a Braquistcrona pode ser baixado do seguinte endereo na internet: http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol7/Num2/v13a10.pdfCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

6

Para traar a ciclide e a hiprbole use um papel milimetrado e a tabela acima. A reta todo mundo sabe traar. Ponha o papel sobre a prancha, com um carbono por baixo, marque os pontos e una-os com curvas, passando os traos para a prancha. Quanto maior a prancha melhor o efeito, pois as bolinhas demoraro um pouco mais a descrever as curvas. Inicialmente ponha a prancha apenas um pouco inclinada, em relao ao plano da mesa. Faa a experincia com essa pequena inclinao e depois repita-a com inclinaes maiores. Como o resultado sempre o mesmo, isto , a ciclide ganha todas, fica demonstrado que o mesmo ocorreria se a prancha estivesse na vertical. Talvez d para fazer a experincia com a prancha na vertical, mas nesse caso as bolinhas caem muito ligeiro. Antes de fazer a experincia pergunte aos espectadores o que eles esperam ver como resultado. Provavelmente muitos vo dizer que a hiprbole deve ganhar a corrida, j que a curva mais ngreme. Outros diro que a reta deve ganhar, j que a curva de distncia mnima. Esses ficaro surpresos com o resultado da experincia. CICLIDE X 0 1 5 17 41 78 133 209 306 426 571 740 934 1151 1390 1649 1925 2216 2518 2828 3142 Y 2000 1998 1951 1891 1809 1707 1588 1454 1309 1156 1000 844 691 546 412 293 191 109 49 12 0 HIPRBOLE X 0 1 5 17 41 78 133 209 306 426 571 740 934 1151 1390 1649 1925 2216 2518 2828 3142 Y 2000 1988 250 74 32 16 10 6 4 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 0 0

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

7

Ponto de quebra por ImpulsoObjetivoIlustrar uma fora impulsiva. Ilustrar a relao entre o Impulso e a variao da Quantidade de Movimento.

DescrioUm peso de 1 kgf suspenso por um cordo de uns 20 cm da ponta de uma vareta de madeira de 1 metro. A outra ponta da vareta presa firmemente. O peso suspenso de uns 10 cm e solto. Nessas condies, o conjunto deve balanar desajeitadamente. Muda-se o ponto onde o cordo est preso para outra posio a cerca de 60 cm do ponto preso. Repete-se a operao. Dessa vez o cordo deve quebrar. Repetir com vrios cordes para ilustrar melhor.

AnliseQuando o cordo est preso na ponta, a vareta se desloca bastante, amortecendo a fora do peso que cai. Com o cordo mais perto do apoio, a vareta resiste mais e o cordo quebra. O tempo que o peso leva para parar menor quando o cordo est preso ao meio da vareta. Da, vem a noo de IMPULSO que o produto da Fora pelo Tempo ( I = F x t ). O Impulso tambm igual variao da Quantidade de Movimento. A variao da Quantidade de Movimento a mesma, desde que o peso seja solto da mesma altura ( cerca de 10 cm ). No instante que o peso atinge o comprimento do cordo e d um impulso sobre ele, a velocidade do peso a mesma, tanto para o cordo preso na ponta da vareta quanto no meio dela. Logo, nesse instante, a Quantidade de Movimento (que M x V) a mesma, nos dois casos. Logo, o Impulso o mesmo nos dois casos. Mas, o TEMPO para frear o peso MENOR quando o cordo est preso no meio da vareta. Temos ento a seguinte relao, onde f a fora quando o peso est amarrado na ponta da vareta e F a fora quando o peso est amarrado no meio da vareta: fT=Ft Como T > t, devemos ter F > f. J que o cordo quebra, F maior que a tenso mxima que ele suporta, enquanto f menor. Porisso ele quebra quando o cordo est preso no meio da vareta.

Material usadoVareta fina de madeira com cerca de 1 metro de comprimento. Grampo "sargento" usado por carpinteiros para fixar peas em mesas. Cordo de algodo com cerca de 20 centmetros de comprimento. Peso de 1 kgf (qualquer coisa serve).

DicasPrepare vrios cordes e vrias varetas e teste com cuidado at encontrar um conjunto que funcione conforme est descrito acima. Amarre bem o peso. Coloque uma almofada para aparar o peso quando ele cair no cho. Faa um pequeno corte na vareta para amarrar o cordo. Use uma vareta de compensado que envergue mas no se quebre na experincia.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

8

Cara ou CoroaObjetivoPesquisar qual a probabilidade de uma moeda girada sobre uma mesa dar cara ou coroa.

DescrioEssa sugesto implica em um verdadeiro projeto de pesquisa. Consiste em fazer girar uma moeda novinha de 1 centavo sobre uma mesa e obter a probabilidade de dar cara ou coroa. Pode parecer surpreendente pois todo mundo espera que d cada um desses resultados em 50% das vezes. Talvez no seja assim. Segundo Robert Ehrlich em seu timo livro "Why Toast Lands Jelly-side Down" (Porque a torrada cai do lado da gelia), que infelizmente ainda no foi traduzido para o portugus, girando uma moeda de 1 centavo americano (o "penny") obtm-se cara pelo menos 80% das vezes. O objetivo dessa experincia ser verificar se isso tambm acontece com 1 centavo brasileiro, ou com moedas de outros valores. A experincia consiste em girar a moeda sobre uma mesa com tampo de vidro um grande nmero de vezes e anotar quantas vezes d cara e quantas vezes d coroa. Segundo Ehrlich, no centavo americano h um pequeno desequilbrio de peso entre os dois lados que gera um torque quando a moeda gira. O resultado que, se a moeda girar muitas vezes, na grande maioria das vezes d cara. Eu fiz um rpido teste com nosso centavo e, em cem giradas, deu mais cara que coroa. S que 100 vezes muito pouco. Seu trabalho, com sua equipe, ser girar vrias moedas alguns milhares de vezes. S assim ser possvel ter alguma confiana no resultado. Se, no fim de tudo, der 50% para cada caso, pacincia. Um resultado negativo em uma pesquisa tambm interessante. Mas, se preferir, faa umas 500 medidas e depois decida se vale a pena continuar. Afinal, o pesquisador voc.

AnliseSe a moeda for lanada para cima e deixada cair sobre o cho, deve dar cara metade das vezes. Nesse caso, alguma diferena nos dois lados inteiramente mascarada pela influncia de outros fatores aleatrios, como a altura do lanamento, a velocidade, o ngulo, etc. J para moeda girando sobre a mesa o efeito do ligeiro desequilbrio, se ele existir, vai se amplificando em cada rotao da moeda. Essa uma experincia de mecnica mas envolve o clculo de uma probabilidade, logo, voc precisar estudar um pouco de estatstica. Vai ter de aprender o que uma mdia, um desvio padro e outras coisas do gnero. Procure um professor de matemtica ou de estatstica e pea ajuda.

Material usadoVrias moedas novas de 1 centavo. Blocos de anotaes. Muita pacincia.

DicasA experincia deve ser feita com moedas novas, sobre uma superfcie larga, bem lisa e limpa. Uma mesa com tampo de vidro, muito comum hoje em dia, serve perfeitamente. Limpe muito bem a superfcie com um pano embebido em lcool ou detergente. Para fazer girar a moeda segure-a verticalmente com a ponta de um dedo indicador e d-lhe um forte peteleco com a unha do outro indicador. importante que ela gire bastante sem tocar em nenhum obstculo na mesa. Para evitar qualquer predisposio na experincia, faa com que a moeda esteja com o lado coroa apontando para o seu lado em metade dos lanamentos, na hora de dar o peteleco. Quanto maior o nmero de medidas, mais confivel ser o resultado. Junte sua equipe, d uma moeda, um bloco de notas e um lpis para cada um (ou uma) e passe uma boa parte de uma tarde girando moedas e anotando resultados. Enquanto isso d para fofocar um pouco. A apresentao dessa experincia na Feira ser quase toda de cartazes com os resultados e suasCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

9

anlises. Faa cartazes com as frmulas e seus nmeros e outros com explicaes sobre torque e equilbrio. Se for possvel levar uma mesa com tampo de vidro para a Feira voc pode convidar pessoas do pblico para fazer algumas tentativas. Se o resultado com a moeda de 1 centavo brasileiro for negativo, tente com outras moedas. Tambm vale a pena conseguir uma moeda de 1 centavo americano e tentar reproduzir o resultado prometido por Ehrlich.

Medida de ImpactoObjetivoDeterminar a altura de queda de uma esfera de ao pela mossa que deixa em uma prancha de madeira.

DescrioEssa experincia adaptada de uma sugesto de Robert Ehrlich em seu timo livro "Why Toast Lands Jelly-side Down" (Porque a torrada cai do lado da gelia), que infelizmente ainda no foi traduzido para o portugus. Um tcnico de polcia pode tirar muita informao examinando as marcas de bala no local de um crime. Nessa experincia, voc determina a fora de impacto de uma bola de metal sobre uma prancha de madeira. A experincia consiste em deixar cair esferas de metal sobre a prancha, medir o dimetro das mossas e, atravs dessas medidas, inferir a altura da queda. Iniciamente, voc ter de fazer uma calibrao, observando as mossas produzidas por esferas que caem de alturas conhecidas. A varivel importante a profundidade h da mossa mas mais fcil medir o d2 dimetro d e calcular a profundidade usando a relao geomtrica aproximada h = , onde D o 4D dimetro da esfera. Voc deve deduzir essa relao e fazer um cartaz para mostrar na Feira. Deixe cair a bola de alturas conhecidas, de 0,5 a 2 metros, com acrscimos de 10 centmetros. Para cada altura de queda H, mea a profundidade da mossa. Faa um grfico da altura H contra a profundidade h. Esse grfico ser seu instrumento de medida. Medindo h acha-se H e, da, acha-se a velocidade da esfera no impacto por v = 2 g H .

AnlisePela profundidade da mossa acham-se os parmetros relevantes da queda da esfera, como sua altura inicial e a velocidade no momento do impacto. Do mesmo modo, o perito da polcia tira informaes sobre os tiros pela marcas de bala.

Material usadoEsferas de ao com dimetro de uns 2 centmetros ou mais. Prancha de madeira macia.

DicasLeve a prancha e as esferas para seu estande na Feira e convide pessoas do pblico para participar das experincias soltando as esferas sobre a prancha. Fique afastado para no ver de que altura a esfera foi solta e depois, medindo o dimetro da mossa, determine a altura da queda. Converse com um perito policial para conhecer alguns truques do ofcio. Alis, o tema de sua apresentao pode ser este: "Como trabalham os detetives na vida real".

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

10

Rolando Papel HiginicoObjetivoIlustrar o efeito da rotao de um corpo sobre o seu tempo de queda.

DescrioDeixe cair dois rolos de papel higinico, um livremente e outro seguro por uma ponta. claro que o rolo livre chega ao solo primeiro porque a acelerao do rolo preso menor. O objetivo da experincia predizer as alturas iniciais que os rolos devem ter para que atinjam o solo simultaneamente. No processo, voc ter de usar conceitos de acelerao e momento de inrcia.

AnliseVoc sabe que qualquer objeto que cai livremente de uma altura h leva um tempo t1 =2 h g

para atingir o solo. Estamos desprezando o atrito do ar.

Esse ser o tempo gasto pelo rolo que cai livremente com a acelerao da gravidade g. O rolo que tem a ponta presa cai com acelerao a menor que g pois sofre uma fora para cima, alm do peso. O tempo de queda desse rolo ser 2h . Como a < g, temos t2 > t1. t2 = a Queremos achar duas alturas de queda diferentes que faam t2 = t1, isto , alturas tais que os rolos h2 a = . Portanto, sabendo o valor de chegam ao solo ao mesmo tempo. Igualando os tempos achamos h1 g a podemos achar a relao entre as duas alturas iniciais de queda. Para achar a usamos conhecimentos de dinmica da rotao. A acelerao angular do rolo na queda T A = , onde T o torque e I o momento de inrcia do rolo em relao a um eixo vertical que passa I pelo ponto de apoio (a mo de quem segura a ponta). O rolo tem massa M, raio r2 e um furo central com raio r1. Voc deve demonstrar que o momento de M (3 r22 r12 ) inrcia desse rolo I = e que o torque T = M g.r 2 . 2 Se voc no sabe fazer essa demonstrao melhor procurar outro projeto para sua exposio na Feira. A acelerao a do rolo dada por a = A r 2 , onde A a acelerao angular j calculada. As frmulas 2 g r22 acima combinadas do a expresso da acelerao de queda do rolo que ser: a = . 3 r22 + r12 h2 Portanto, com esse valor de a voc acha a razo , que diz de que alturas voc deve soltar os rolos h1 para cheguem ao solo ao mesmo tempo.

Material usadoVrios rolos de papel higinico. Uma trena de costureira de 2 metros (a trena, no a costureira).Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

11

DicasEis um projeto que mistura um equipamento simples, prosaico e at cmico, com uma fsica relativamente sofisticada. Voc deve salientar esse aspecto em sua apresentao.

Pndulos mgicosObjetivoIlustrar o conceito de ressonncia e desmistificar alguns charlates esotricos.

DescrioPndulos de diferentes comprimentos pendurados de uma mesma haste podem ser "excitados" em fortes oscilaes sem nenhuma causa aparente. Os pndulos podem ser latas de refrigerante penduradas por cordes em uma haste de madeira (um cabo de vassoura, por exemplo). Os comprimentos dos cordes so em torno de 15 a 20 cm, ou outros valores que voc escolhe por tentativa. As latas devem conter gua at cerca da metade de sua capacidade. Com um pouco de prtica voc conseguir balanar fortemente qualquer um dos dois pndulos, com o outro parado, sem que os observadores notem qualquer movimento em suas mos e na haste. O pndulo parece oscilar por vontade prpria. Alm disso, voc pode alternar as oscilaes entre um pndulo e o outro. Robert Ehrlich, em seu livro "Why Toast Lands Jelly-side Down", que recomendamos, sugere que a melhor posio para esse truque sentado, com os cotovelos apoiados nos joelhos, enquanto segura a haste com as mos.

AnliseO fenmeno fsico ilustrado nessa experincia chama-se ressonncia. Uma pequena e imperceptvel oscilao dada haste por suas mos pode provocar fortes oscilaes em um dos pndulos. Cada um deles tem uma freqncia prpria de oscilao. Quando a freqncia de oscilao da haste coincide com a freqncia preferida por um dos pndulos, este pndulo comea a balanar com amplitudes crescentes. Mudando, imperceptivelmente, a freqncia do movimento das mos, pode-se parar esse pndulo e balanar o outro. Depois de mistificar sua platia durante um bom tempo voc deve revelar o segredo e explicar como feito o truque. Voc um cientista e no um charlato. Ento voc diz o que ressonncia, fala de sintonia de um aparelho de rdio, da ponte que caiu, enfim, d o seu recado de cientista.

Material usadoUma haste de madeira que pode ser um cabo de vassoura. Latas de refrigerante e cordes.

DicasPara fazer um dos pndulos oscilar observe sua freqncia natural e imprima pequenos toques com a mo usando essa freqncia. Esse toque deve ser leve e sutil, possivelmente uma pequena presso dos polegares sobre a haste. Pratique bastante, variando os comprimentos dos cordes, at conseguir total controle do truque. A gua nas latinhas ajuda a dar sensibilidade s suas mos ao procurarem a freqncia de ressonncia de um dos pndulos. Na verdade, voc pode usar at mais de dois pndulos, se conseguir bastante destreza nessa demonstrao. Um resultado excelente dessa experincia mostrar ao pblico como alguns efeitos estranhos eCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

12

aparentemente sobrenaturais tm explicaes fsicas simples. Aproveite para desmistificar essas histrias de percepo extra-sensorial, telecinesia, poder do pensamento e outros besteiris do gnero. Alis, esse pode ser o tema central de sua apresentao.

Um cone duplo anti-gravitacional.ObjetivoMostrar um objeto que se desloca, aparentemente, contra a gravidade.

Descrio

A figura acima mostra a montagem dessa experincia. O objeto que est sobre a rampa feito com dois funs idnticos, colados um ao outro pela borda larga. A rampa feita com dois bastes cilndricos servindo de trilhos. Na parte mais alta a separao entre os trilhos maior que na parte inferior. Colocando o funil duplo sobre a rampa ele parece subir, contrariando a gravidade.

AnliseLevantar um objeto significa alar seu centro de gravidade para uma posio mais alta. Nessa experincia, enquanto o funil duplo parece subir a rampa, seu centro de gravidade desce. A figura ao lado explica essa aparente contradio. Ao fazer a experincia observe cuidadosamente o que acontece com a linha horizontal que passa pelo centro de gravidade do cone duplo (seu eixo de simetria).

Material usadoDois funis de mesmo tamanho colados pelas bordas. Dois bastes cilndricos de madeira, plstico ou metal. Apoios para os bastes.

DicasJunte essa experincia com outras sobre centro de gravidade que temos nessas sugestes. Para que sua apresentao seja realmente um projeto de cincia enfrente o seguinte desafio: demonstre que o cone parece subir a ladeira quando sin() < tan( ) tan( ) ,onde o ngulo do cone, o2 2

ngulo entre os trilhos e o ngulo entre o plano dos trilhos e o plano horizontal. Escreva essa demonstrao com pincel atmico em um cartaz e exponha em seu estande na Feira.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

13

Um golpe de vara.ObjetivoUma espetacular demonstrao da inrcia e da elasticidade dos slidos.

Descrio

Observe a figura acima. A vara de madeira longa e fina que est prestes a levar um golpe tem uma agulha espetada em cada ponta. Essas agulhas esto apoiadas sobre as bordas de duas taas de vidro. O cidado d uma bordoada no centro da vara com um basto pesado. A vara quebra no meio e as taas ficam ilesas.

AnliseO golpe do basto inicialmente deforma a vara fazendo com que seu centro se abaixe e suas pontas se levantem, perdendo o contato com as bordas das taas. A inrcia faz a vara, que era reta, ficar curvada como um arco. Se a pancada for suficientemente forte, a vara se parte no meio antes que o impacto chegue s taas.. Vale a pena usar essa experincia para ilustrar os conceitos de inrcia e as propriedades elsticas dos slidos.

Material usadoUma vara longa e fina de madeira no muito dura. Duas taas de vidro. Apoios para as taas. Um basto pesado de madeira, plstico ou metal. Alfinetes ou agulhas.

DicasAntes de fazer essa experincia com taas de vidro pratique com copos de papel. A taa ter mais equilbrio se sua borda tiver dimetro menor que o dimetro da base. Procure conseguir uma taa que v afinando da barriga at borda. S a ponta da agulha deve ficar em contato com a borda da taa. Junte essa experincia com outras sobre inrcia e impacto que descrevemos em outras sugestes.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

14

Caixa de fsforos e chaves.ObjetivoUma demonstrao surpreendente da acelerao rotacional e do atrito exponencial de um cabo enrolado.

DescrioUse um barbante de 1 metro ou mais de comprimento e amarre, em uma ponta, um molho de chaves e, na outra ponta, uma caixa de fsforos de papel. Estenda o barbante passando sobre um lpis que serve de polia. Com uma mo voc segura a caixa de fsforos e, com a outra, segura o lpis. As chaves ficam penduradas bem perto do lpis e os fsforos um pouco abaixo do nvel do lpis, com o barbante esticado quase horizontalmente. Quando voc soltar a caixa de fsforos, o que acontece? Ser que o molho de chaves atinge o solo?

AnliseTente a experincia pois o resultado surpreendente: as chaves no atingem o solo. Duas propriedades fsicas, pelo menos, esto envolvidas nesse resultado. Quando o barbante vai encurtando a velocidade rotacional da ponta com os fsforos aumenta rapidamente, como uma bailarina que gira e fecha os braos, diminuindo o momento de inrcia I. Para conservar o momento angular L = I w , a velocidade angular w aumenta. O barbante gira em torno do lpis e se enrola nele vrias vezes. Entra em ao o segundo efeito: o atrito entre o barbante e o lpis cresce exponencialmente com o nmero de voltas. Esse efeito explica porque fcil prender um objeto pesado, como um barco, por exemplo, apenas amarrando-o com uma corda em um mastro. O matemtico Leonard Euler (pronuncia-se "iler") achou uma frmula para esse efeito: F = f e kx , onde F a fora do lado pesado e f a fora necessria para equilibrar F x o coeficiente de atrito entre o mastro e a corda e e = 2,728... a base dos logaritmos naturais. x o ngulo de enrolamento, cada volta correspondendo a 2 . Por exemplo, se o coeficiente de atrito for 1/3 e a corda der 3 voltas, qual a fora necessria para segurar um puxo de 5 toneladas? O ngulo x : x = 3 2 = 6 . Logo, k x = 2 Usando a frmula de Euler, obtemos:F = f e kx 5000 = f 2,728 23,1416

Use logaritmos para achar: f = 9,3kgf . Se o atrito for um pouco maior e o nmero de voltas for 5 ou mais, no nem necessrio segurar a outra ponta pois a fora f fica minscula

Material usadoUm molho de chaves. Uma caixa de fsforos de papel. Um lpis. Um pedao de barbante de 1 metro ou mais.

DicasA experincia simples mas o resultado surpreendente e a fsica sofisticada. Elabore um pouco mais o estudo do atrito exponencial e explore o uso do princpio da conservao do momento angular.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

15

Pndulos Acoplados.ObjetivoIlustrar os fenmenos de ressonncia e batimento com um sistema simples de pndulos acoplados.

DescrioApesar de simples, essa experincia agradvel de ver e ilustra importantes conceitos fsicos. Estenda um fio grosso ou um cordo forte entre dois pontos fixos. O comprimento do fio no um fator importante; pode ser 1 metro, mais ou menos. Os pndulos so feitos de qualquer objeto conveniente disponvel. Podem ser, por exemplo, feitos de latas de leite em p ou condensado, cheias de areia. Os fios que suspendem as latas devem ser exatamente do mesmo comprimento. Para manter o espaamento entre os pndulos, que deve ser de uns 50 centmetros, use pequenos grampos ou presilhas "mordendo" o fio de suspenso. Tire um dos pndulos da posio vertical afastando um pouco a lata. Deixe esse pndulo oscilar e observe o que acontece. O outro pndulo comea, tambm, a oscilar por vontade prpria. A partir da, observe a alternncia entre as oscilaes dos pndulos. Quando um est parado, o outro est oscilando com amplitude mxima e vice-versa.

AnliseO que observamos nessa experincia uma manifestao do fenmeno de ressonncia. O nmero de vezes que um pndulo balana, por unidade de tempo, a freqncia da oscilao. O valor da freqncia de um pndulo depende, exclusivamente, do comprimento de seu fio. Um fio de uns 25 centmetros deve dar uma freqncia de 1 balano completo por segundo, mais ou menos. Fios mais longos do freqncias menores e fios mais curtos, freqncias maiores. Na verdade, a freqncia natural de um pndulo dada pela frmula: f = acelerao da gravidade ( g = 9.81 2

g , onde L o comprimento do fio e g a l

m ). s2 Como exerccio, calcule o comprimento teoricamente exato do fio de um pndulo com freqncia de 1 oscilao completa por segundo. No nosso caso, temos dois pndulos acoplados, isto , ligados por um fio que permite troca de energia entre eles. Como tm a mesma freqncia natural, j que tm o mesmo comprimento, essa troca de energia eficiente e toda a energia de um passa para o outro que, depois, devolve para o primeiro. Dizemos, ento, que eles esto em ressonncia. Um conjunto como esse, de dois pndulos acoplados, tem duas formas naturais de oscilao, chamadas de modos normais de vibrao. Em um deles, os dois pndulos tm a mesma fase. Nesse modo, os fios dos dois pndulos esto sempre paralelos entre si. Voc "excita" esse modo de vibrao afastando as latas um pouco, para o mesmo lado e da mesma distncia, e soltando-as no mesmo instante. Vamos chamar esse modo de modo 1 e sua freqncia de f1. No outro modo normal os pndulos esto fora de fase: quando um est de um lado o outro est no lado oposto. Chamaremos esse modo de modo 2, e sua freqncia de f2.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

16

Pois bem, medindo essas duas freqncias com um cronmetro voc pode prever qual ser a freqncia com a qual as vibraes passam de um pndulo para o outro, no caso da ressonncia descrita acima. Isto , voc pode saber quantas vezes por unidade de tempo a vibrao passa de um pndulo para o outro. Essa freqncia f, que chamada de freqncia de batimento, , simplesmente: f = f1 f 2 . Faa a experincia e comprove essa previso.

Material usadoUm fio grosso de 1 metro de comprimento, mais ou menos. Duas latas de leite em p ou condensado, cheias de areia. Barbantes para pendurar as latas. Grampos ou presilhas para fixar a distncia entre os pndulos. Um cronmetro ou relgio digital para medir as freqncias.

DicasLeia nossa seo especial sobre RESSONNCIA e tire mais idias para incrementar sua apresentao. Faa uma busca em nossa pginas.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

17

Parte II Fludos

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

18

Efeitos da Presso Atmosfrica. ObjetivoIlustrar os efeitos da presso atmosfrica.

DescrioExistem muitas formas de mostrar os efeitos da presso atmosfrica. Como voc sabe, a presso atmosfrica pode ser considerada como razoavelmente intensa, mas no sentimos seu efeito sobre nosso corpo por haver equilbrio entre ela e a presso de nossos fluidos internos. Veja, a seguir, trs experincias que exibem os efeitos da presso atmosfrica de forma dramtica. EXPERINCIA 1) A presso atmosfrica segura um carto colocado sobre um copo com gua. Ponha o carto sobre um copo cheio de gua, deixe-o molhar e inverta o copo rapidamente. Em princpio, a gua no deve derramar imediatamente pois a presso atmosfrica segura o carto. EXPERINCIA 2) Coloque uma vareta longa de madeira no muito dura sob uma folha de jornal aberta sobre uma mesa (veja a figura). D um golpe seco e rpido sobre a ponta da vareta com um objeto slido. A vareta deve quebrar sem que o jornal se levante significativamente. A presso atmosfrica sobre o jornal impede que a ponta da vareta abaixo dele se levante. EXPERINCIA 3) Ponha um pouquinho de gua em uma lata vazia de refrigerante e aquea at ferver a gua. Segure a lata com uma pina apropriada, com cuidado para no se queimar nem queimar seus espectadores. Quando a gua estiver fervendo ( o vapor de gua deve estar saindo bastante pelo furo) derrame o resto de gua fervente e coloque a lata com o furo para baixo sob uma torneira de gua fria. A lata deve implodir instantaneamente.

AnlisePara sentir ou evidenciar os efeitos da presso atmosfrica necessrio fazer com que ela ate sobre algo que esteja a uma presso mais baixa. Nas trs experincias descritas acima cria-se, durante um curto tempo, uma regio de vcuo parcial. Na experincia com o jornal, por exemplo, o movimento brusco da vareta cria um vcuo sob o jornal, por um breve instante. A presso atmosfrica sobre a parte de cima do jornal, durante esse breve tempo, faz uma fora para baixo que segura o jornal sobre a mesa. Rapidamente, o ar ocupa o espao sob o jornal equilibrando as foras, mas a j tarde: a vareta j se partiu com a pancada. Por que a lata de refrigerante implode? Ao ser colocada em contato com a gua fria o vapor na lata transfere calor para a gua de fora atravs do metal da lata. Quando esse vapor esfria a presso na lata cai subitamente para um valor abaixo da presso atmosfrica, a lata no suporta e implode.

MaterialCopo de vidro de paredes grossas. Carto ou folha de papelo. Vareta de madeira fina e longa. Folhas de jornal. Lata de refrigerante vazia, dessas de paredes bem finas. Pina grande de laboratrio. Pea uma emprestada. Aquecedor ou pequeno fogareiro, ou um bico de Bunsen.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

19

DicasAlm dessas experincias, voc pode encontrar vrias outras sugestes sobre os efeitos da presso atmosfrica nos livros-textos. Por exemplo, leia sobre a experincia clssica dos Hemisfrios de Madgeburgo e tente reproduz-la usando dois sugadores de borracha, desses de desentupir pia. Ponha cartazes mostrando valores numricos para a presso atmosfrica. Faa comparaes com presses no fundo do mar, no alto de uma montanha, etc.

Gerador de Anis de Fumaa. ObjetivoFazer anis de fumaa e observar seu comportamento.

DescrioUse uma lata de lata vazia de leite ou chocolate em p que tenha uma tampa plstica. Faa um furo circular de 3 a 4 centmetros de dimetro no fundo de metal da lata. Aproxime o furo do rosto de uma pessoa e d uma pancada rpida e seca com os ns dos dedos no fundo da lata. A pessoa sentir uma pequena presso no rosto. Ponha um fsforo ou vela acesa perto do furo e d outro peteleco no fundo da lata. Com jeito voc conseguir apagar a vela. Ponha duas bolinhas de isopor sobre a mesa e repita a experincia apontando para elas. As bolinhas tendem a se separar uma da outra. Encha a lata de fumaa e produza anis de fumaa. Observe que os anis formam vrtices que giram. Com um pouco de prtica voc dever conseguir bons anis de fumaa que se deslocaro por uma certa distncia do furo. Usando furos no circulares voc pode conseguir anis que vibram de vrias formas interessantes.

AnliseEssa experincia simples de ser feita mas ilustra um bocado de conceitos e fenmenos de dinmica de fluidos, alguns bem complexos. Os anis formam vrtices que demonstram o movimento turbulento da fumaa. A descrio matemtica desses anis extremamente complicada. A observao com as bolinhas de isopor uma demonstrao da lei de Bernoulli. Voc pode juntar essa experincia com outras sugestes que ilustram a lei de Bernoulli, dadas em outro item.

MaterialLata vazia de leite em p ou biscoito. Bolinhas de isopor de pequeno tamanho. Canudos de papel.

DicasNo use cigarros para encher a lata de fumaa. Isso definitivamente no pega bem em uma Feira de Cincia. Use, por exemplo, canudos de refresco de papel com uma das pontas queimando e sopre vagarosamente na outra ponta. Isso deve ser um bom gerador de fumaa. No sculo passado, o famoso fsico ingls Lord Kelvin lanou um modelo de tomos como "vibraes do ter". Esse tal "ter" seria um fluido que ocuparia todo o espao. Suas vibraes, ou "vrtices", poderiam explicar, segundo Kelvin e o alemo Hermann von Helmoltz, todas as propriedades observadas dos tomos e molculas. A forma desses vrtices de ter seria bem parecida com a formaCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

20

dos anis dessa experincia, s que de dimenses atmicas. Durante algum tempo esse modelo foi muito popular entre os fsicos, inclusive alguns bem espertos, como Maxwell e Thomson. Mas, com o surgimento dos modelos de Rutherford, Bohr e outros, o modelo de vrtices foi pra merda. Agora, veja que coisa curiosa: hoje, existem uns tericos tentando explicar tudo que existe no universo como sendo formado de umas cordinhas vibrantes, as chamadas "supercordas", muito parecidas com os vrtices do velho Kelvin. O mundo d muitas voltas - e vibraes. Para embelezar sua experincia na Feira, procure ler sobre os vrtices de Kelvin e Helmoltz em alguma enciclopdia, e sobre as supercordas em algum livro de divulgao. Ou consulte o Departamento de Fsica mais prximo de sua casa.

Oscilador de sal. ObjetivoUma experincia interessante que pode virar uma pesquisa .

DescrioEssa experincia sugerida no livro Grande Circo da Fsica de Jearl Walker. Encha um aqurio com gua doce e coloque nele um frasco cilndrico com um furo no fundo e contendo gua salgada. Mergulhe parcialmente o frasco na gua do aqurio. Inicialmente, a gua salgada desce pelo furo mas, logo aps, a gua doce que sobe pelo furo. Essa troca de gua salgada e doce pode continuar por vrias horas, sendo o perodo de oscilao da ordem de uns 4 segundos. Anlise Segundo Jearl Walker, h uma instabilidade na juno entre a gua salgada e a gua doce, criando ondas que se propagam hora em um sentido, hora no outro. claro que isso no explica nada. O autor indica uma referncia em uma revista chamada Geophysical Fluid Dynamics, do ano de 1970. Como muito difcil pra gente ter acesso a essa revista o melhor encarar o projeto como um trabalho de pesquisa e analis-lo experimentalmente. Quer dizer, voc monta o experimento, observa os resultados, faz anotaes, varia as condies, faz mais anotaes, e assim por diante. Isso j um belo trabalho cientfico, mesmo que voc no tenha uma explicao para o que observou. Muito pesquisador tarimbado faz isso. De qualquer modo, voc pode levar seu material para a feira e mostrar o fenmeno na hora. Mas, o melhor mesmo sua pesquisa. Uma boa experincia de Feira de Cincia no precisa ser espetacular. Basta ser cientfica, bem feita e bem apresentada. Um jri de alto nvel no se deixa impressionar com fogos de artifcio sem substncia e gosta quando v que a equipe levou seu trabalho a srio.

MaterialUm aqurio. Um frasco de vidro com um pequeno furo na parte de baixo. Sal comum.

DicasVale a pena colocar algumas gotas de colorante de comida na soluo de gua e sal para ver melhor as idas e vindas da gua atravs do furo. No tente fazer o furo no frasco voc mesmo. Pea a algum em uma vidraria. Pode tambm usar uma garrafa de refrigerante de 2 litros, cortada de modo a se tornar um cilindro de uns 10 centmetros deCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

21

altura. Leia a explicao parcial dada no Grande Circo da Fsica, Experincia 4-18.

Um peixe de Papel.ObjetivoUma experincia que ilustra o efeito da tenso superficial .

DescrioEssa uma divertida experincia que demonstra o efeito da tenso superficial. Corte uma figura na forma de um peixe com um longo corte e um furo circular (veja ao lado). Coloque o peixe cuidadosamente sobre a superfcie da gua em uma bacia ou travessa longa. Pingue uma gota de leo ou detergente no furo central do peixe. Em poucos segundos ele comea a se mover atravs da gua.

AnliseA tenso superficial uma propriedade dos lquidos que causa uma espcie de contrao na superfcie formando uma fina pele elstica. Para uma explicao mais completa desse interessante efeito veja nossa seo especial sobre a TENSO SUPERFICIAL. Faa uma busca em nossa pginas. O leo ou detergente diminui a tenso superficial da gua no furo e se espalha pelo corte longo formando um jato que impulsiona o peixe. Experincias como esta, de tenso superficial, costumam dar trabalho pois dependem muito do material usado. Se comear a dar problemas, tente outra experincia.

MaterialUma bacia ou travessa longa. leo vegetal ou detergente lquido. Um peixe recortado em papel.

DicasExperimente com leo comestvel ou detergente de cozinha e use o que funcionar melhor.

A Fonte de Heron.ObjetivoUm interessante dispositivo que ilustra alguns conceitos da Hidrosttica.

DescrioEssa uma fonte que parece desafiar a lei da conservao da energia. Consta de um recipiente aberto (A) e dois fechados (B e C) ligados por trs tubos 1, 2 e 3, como mostra a figura. A gua cai de A para C pelo tubo 1 e empurra o ar pelo tubo 2 para o recipiente B. A gua em B, pressionada pelo ar que vem de C, sobe pelo tubo 3 e jorra com um jato pela ponta do tubo. Quando o recipiente B se esvazia, a fonte pra de funcionar.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

22

AnliseA explicao para o funcionamento dessa fonte fica clara quando observada ao vivo. Os aumentos de presso causados pela gua que cai no recipiente C e pelo ar que sobe pelo tubo 2, empurram a gua pelo tubo 3, fazendo-a jorrar pela ponta fina desse tubo.

MaterialDois frascos de 1 ou 2 litros. Garrafas plsticas de refrigerante podem servir, embora tenham uma boca estreita. Rolhas de borracha, cortia ou qualquer material adequado. Para fazer os furos nas rolhas pea ajuda a um mecnico habilidoso. Tubos plsticos rgidos.

DicasExistem muitas variaes do arranjo descrito acima. Pode ser que voc ache uma que julgue mais eficiente. A figura ao lado uma delas. Use dois frascos grandes, rolhas com dois furos cada e dois pedaos de tubo plstico rgido. Cole as rolhas uma na outra de modo que os furos coincidam. Prepare os tubos tampando um dos lados com epoxi e fazendo dois furos em cada um. Um dos furos fica prximo da ponta tampada com epxi e o outro fica em uma posio prxima da rolha (veja a figura). Encha o frasco com uma mistura de lcool e gua (20 ml de lcool por litros dgua) e ponha um pouco de colorante na mistura. Invertendo o conjunto, a gua passa pelo tubo baixo para o frasco de baixo, comprimindo o ar. O ar entra no outro tubo, arrasta lquido pelo furo de baixo e carrega esse lquido at o furo de cima formando um jato pulsante que continua por cerca de 2 minutos ou mais. O processo repetido invertendo o conjunto. A outra figura ilustra uma variao mais interessante que voc pode montar com garrafas de refrigerante. O princpio o mesmo mas a montagem mais simples. Quando toda a gua tiver passado da garrafa B para a garrafa C, basta trocar as posies de B e C e a ponta do tubo 3 que a fonte recomea. Outra vantagem: pode-se mudar a disposio para ver a influncia da altura de B sobre o jato da fonte.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

23

Presso em Lquidos.ObjetivoIlustrar o efeito da presso nos lquidos, inclusive o chamado Paradoxo Hidrosttico.

DescrioExperincia 1: Corte um disco de papelo impermevel ou plstico com dimetro um pouco maior que o dimetro de um cilindro longo de vidro. Cole, de algum modo, um cordo a esse disco. Use o cordo para segurar o disco ajustado a uma ponta do cilindro enquanto este introduzido em um recipiente com gua. A presso da gua segura o disco e voc pode soltar o cordo. Adicionando gua ao cilindro, o disco se solta quando a presso de dentro iguala a presso de fora. Experincia 2: Use dois frascos, cada um com um tubo vertical de dimetro diferente. Os frascos esto semi-cheios de gua. Soprando na juno tipo T a gua sobe igualmente nos dois tubos. Isso mostra que a presso a mesma, embora os pesos da gua em cada tubo sejam diferentes.

AnliseMuita gente confunde presso em um lquido com peso da coluna de gua. Esses so dois conceitos fsicos diferentes, um escalar (a presso) e outro vetorial (o peso). Na Experincia 1, o disco mantido em sua posio pela presso do lquido que pode ser medida pela fora de baixo para cima dividida pela rea do disco. O peso da gua no pode ser responsabilizado por esse resultado, j que atua de cima para baixo. Na Experincia 2, a presso a mesma nos dois frascos, j que eles esto ligados por um tubo. Essa presso eleva a gua nos dois tubos verticais e, embora eles tenham dimetros diferentes, a gua sobe at o mesmo nvel em ambos. Isto , na base de cada um o peso da gua diferente mas a presso a mesma, j que igual ao peso dividido pela rea de cada tubo. Esse resultado est relacionado com o chamado Paradoxo Hidrosttico que comentamos em uma de nossas QUESTES propostas. Faa uma busca em nossa pginas.

MaterialDois frascos de 1 ou 2 litros com bocas largas e rolhas de borracha. Rolhas de borracha, cortia ou qualquer material adequado. Para fazer os furos nas rolhas pea ajuda a um mecnico habilidoso. Tubos plsticos rgidos. Tubo estreito de vidro com um T no centro. Cilindro de vidro com cerca de 5 cm de dimetro e uns 40 cm de comprimento. Recipiente grande para gua. Um aqurio pode servir.

DicasVale a pena colocar algumas gotas de colorante de comida na gua para observar melhor o efeito. Antes de soprar no tubo com o T, pergunte audincia se a gua subir mais ou menos no tubo estreito. Muita gente pensar que a gua sobe mais no tubo fino pois o peso da gua nele menor. Faa cartazes ilustrando o Paradoxo Hidrosttico.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

24

Flutuadores Cartesianos.ObjetivoIlustrar as leis da hidrosttica com flutuadores cartesianos modificados.

DescrioO nome flutuador cartesiano indica um objeto que flutua segundo as leis da hidrosttica. Em nossa opinio, deviam ser chamados de flutuadores de Pascal e no de Descartes, mas isso no tem importncia. As experincias descritas a seguir ilustram essas leis. EXPERINCIA 1)Use uma soluo com 400 g de sal comum em 1200 ml de gua. Arranje um pingador de colrio (gotejador), de preferncia de vidro, e deixe entrar dentro dele uma quantidade adequada da soluo de modo que ele possa flutuar perto da superfcie. Acrescentando, com bastante cuidado, gua pura soluo, o gotejador afunda rapidamente. Isso demonstra a dependncia do empuxo com a densidade do lquido. EXPERINCIA 2) Agora o flutuador colocado em uma garrafa plstica de refrigerante cheia de soluo. Ajuste o flutuador de modo que ele fique no meio do lquido. Tampe bem a garrafa. Apertando a garrafa o flutuador afunda. Soltando, ele sobe novamente. Essa experincia ilustra o Princpio de Arquimedes e o Princpio de Pascal. EXPERINCIA 3) Use, novamente, garrafas plsticas transparentes de 2 litros. Prepare uma soluo salina. Variando a quantidade de soluo no gotejador pode-se ajustar para que ele flute na gua salgada mas afunde na gua pura. Ponha a gua salgada na garrafa at a metade. Para adicionar gua pura sem misturar preciso um cuidado especial. Corte uma rodela de plstico fino (de saco de lixo, por exemplo) com o dimetro interno da garrafa. Introduza esse disco com cuidado, espalhando-o sobre a superfcie da soluo. Adicione gua pura vagarosamente, usando uma vareta de vidro para que ela escorra lentamente. O disco vai subindo medida que a gua aumenta de nvel. Quando chegar no topo, tire o disco com cuidado e acabe de encher a garrafa. Colocando o gotejador ele deve ficar no limite entre a gua salgada e a gua pura. Feche o frasco. Apertando e afrouxando a garrafa, o flutuador deve oscilar no meio do fluido. Se voc for mesmo habilidoso, poder fazer trs ou mais camadas de lquidos, com densidades diferentes. No custa nada tentar.

AnliseNo levando em conta as foras de amortecimento e supondo que o flutuador tem densidade uniforme, a fora restauradora F sobre ele dada por F = g A x onde aparece a diferena de densidade entre os lquidos, a rea da seo transversal do flutuador, A, e a acelerao da gravidade, g. A frequncia de oscilao, nesse caso, deve ser f =1 2

g A , onde m a massa do flutuador. m

Medindo a frequncia f podemos obter a diferena de densidade.

MaterialGarrafas plsticas de refrigerante, de dois ou trs litros. Pingador (gotejador) de colrio. Deve ser de vidro. Sal comum.

DicasVale a pena colocar algumas gotas de colorante de comida em cada soluo para obter camadas de cores diversas.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

25

Com o tempo, as camadas vo se misturando e a experincia deixa de funcionar. O ideal preparar tudo na frente do pblico. Para isso, voc vai precisar treinar bem direitinho em casa se no vai se atrapalhar na hora da exibio. Use um pedao de isopor no lugar do pingador para mostrar que, nesse caso, a experincia no funciona. Explique porque.

Os eternos danarinos.ObjetivoOutra divertida experincia que ilustra o efeito da tenso superficial.

DescrioEssa uma experincia clssica que demonstra o efeito da tenso superficial e sugerida em livros antigos. Tome uma rolha grande de cortia e corte-a cuidadosamente a cerca de 1/3 da parte mais larga. Depois corte a parte estreita em 4 pedaos (veja a figura ao lado). Enfie 4 agulhas longas no disco de cortia, formando uma cruz. Na ponta de cada agulha enfie um dos 4 pedaos menores, como mostra a figura abaixo. Em cada um desses pedaos cole uma pastilha de naftalina (desinfetante domstico). Cole a figura dos danarinos sobre o disco maior e ponha o conjunto, com cuidado, sobre a superfcie da gua de uma bacia. Se tudo for bem feito os danarinos bailaro durante vrios dias.

AnliseA tenso superficial uma propriedade dos lquidos que causa uma espcie de contrao na superfcie formando uma fina pele elstica. Para uma explicao mais completa desse interessante efeito veja nossa seo especial sobre a TENSO SUPERFICIAL. Faa uma busca em nossas pginas.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

26

As experincias originais usavam bolinhas de cnfora, material usado para prevenir o mofo. Hoje elas so de naftalina ou outros produtos mas ainda servem para essa demonstrao. Quando o material dessas pastilhas se dissolve na gua a tenso superficial na regio diminui. Isso causa uma fora sobre as pastilhas, criando um torque sobre o conjunto que comea a girar.

MaterialUma bacia com gua. leo vegetal ou detergente lquido. Rolha de cortia com uns trs centmetros de dimetro. Figura de cartolina com os danarinos.

DicasJunte essa experincia com outras sobre tenso superficial e faa uma exposio completa sobre esse tema. Veja, por exemplo, nossa sugesto Um peixe de Papel. No deixe de consultar nossa seo especial sobre a Copie a figura abaixo (clique sobre ela com o boto direito do mouse e use Salvar imagem como...). Faa duas impresses, pinte, cole sobre cartolina e recorte. Depois cole cuidadosamente sobre o disco de cortia. Essa experincia clssica est descrita no livro "47 Easy-to-do Classic Science Experiments" de Eugene F. Provenzo, Jr.. e Asterie Baker Provenzo, com ilustraes de Peter A. Zorn, Jr., edio Dover. Agradecemos a esses autores. Alguns de nossos visitantes disseram que essa experincia no funciona. Na verdade, ela meio complicada de realizar pois depende muito do material usado. Se comear a dar muito trabalho, passe para outra.

Um higrmetro simples.ObjetivoConstruir um medidor de umidade do ar usando materiais domsticos.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

27

DescrioPrenda um fio de cabelo (dizem que louro melhor) a uma ponta de um lpis ou alguma haste de madeira ou plstico, usando fita adesiva. Prenda a outra ponta do fio a uma tira de borracha, dessas de prender cdulas, e prenda a tira na outra ponta do lpis. Dobre um canudo de refresco em ngulo reto e coloque-o sob a tira de borracha, como mostra a figura. Faa um mostrador com um carto e monte todo o conjunto em uma base qualquer, bem firme. Esse seu higrmetro. Quando a umidade do ar cresce o cabelo se expande e o ponteiro gira no mostrador. Para calibrar esse mostrador pea emprestado um higrmetro profissional. Talvez o laboratrio de seu colgio tenha um. Marque as posies do ponteiro de seu higrmetro pela medida do higrmetro comercial. Leve ambos para uma sala com ar condicionado, onde a umidade baixa, e para um banheiro, onde ela mais alta.

AnliseTodo o truque do funcionamento desse higrmetro reside na expanso do cabelo quando a umidade do ar aumenta. Isso se d porque as molculas de gua se infiltram entre as molculas do fio de cabelo e toda a estrutura molecular aumenta de volume. Como as molculas de gua esto fracamente ligadas ao fio de cabelo, elas se desprendem facilmente quando a umidade baixa. Uma experincia interessante que ilustra esse efeito pode acompanhar a exibio de seu higrmetro na Feira. Arranje uma travessa metlica rasa (uma forma de bolo pode servir) e ponha um pouco de gua nela. Estique um pano poroso (um leno, por exemplo) sobre a travessa e prenda-o bem esticado. Corte tiras de papel e espalhe sobre o pano esticado. Ponha o conjunto sobre o fogo ou sobre um aquecedor qualquer, com muito cuidado para no se queimar nem queimar sua platia. As tiras de papel comeam a se enrolar e mexer sobre o pano. O que ocorre que o papel absorve o vapor de gua e se expande na parte de baixo, enrolando a tira. interessante cortar vrias tiras em orientaes diferentes no papel e notar que elas se enrolam diferentemente. Isso se d porque o papel tem fibras com uma orientao determinada. Experimente uma tira cortada a 45 da folha.

MaterialUm lpis novo ou uma haste longa de madeira ou plstico. Uma tira de borracha, dessas usadas nos bancos. Um canudo de refresco. Um carto para servir como mostrador. Uma armao conveniente para suporte. Uma travessa metlica ou forma de bolo. Um leno grande. Um fogo de camping ou um aquecedor de laboratrio. Tiras de papel.

DicasNo seu estande na Feira a umidade estar mais ou menos constante. Talvez ento seja recomendvel umedecer ou secar o ar artificialmente. Para isso, voc pode usar um spray para borrifar gua e umCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

28

secador de cabelo para retirar a umidade. Faa mais de um higrmetro pois seu aparelho, por razes bvias, muito frgil e ter vida curta.

A lei de Boyle.ObjetivoIlustrar a lei de Boyle, uma das leis fundamentais dos gases.

DescrioUma demonstrao simples da lei de Boyle utiliza um tubo de vidro ou plstico transparente em forma de U, preso a um suporte vertical. Coloque gua at que os nveis nos dois lados fiquem iguais e um pouco acima da parte horizontal do tubo. Amarre um balo pequeno de aniversrio em uma das pontas do tubo. Prenda o balo sem ar com o dedo e coloque mais gua na outra ponta. O nvel da gua sobe desse lado. Ponha gua at quase a borda. Retirando o dedo, o ar entra no balo que enche um pouco. Isso indica que a presso no lado do balo maior que a atmosfrica. Adicionando mais gua na ponta aberta faz o balo encher um pouco mais.

AnliseSegundo a lei de Boyle, o volume de um gs a temperatura constante varia inversamente com a presso. Matematicamente, PV = constante, quando T = constante. Essa experincia ilustra essa lei de forma qualitativa.

MaterialUm tubo de vidro ou plstico transparente, em forma de U. Um balo de aniversrio, dos pequenos. Uma prancha de madeira para servir de suporte. gua colorida com pigmento de comida.

DicasUse gua colorida com pigmento de comida para que a diferena de nveis fique mais visvel. O balo deve ser pequeno e, antes de us-lo na experincia, encha-o e esvazie-o algumas vezes para que fique mais elstico. Tente bolar um jeito de fazer essa experincia quantitativa. Para isso, precisar uma forma de medir o volume do balo e anotar esse valor para vrios nveis da gua no lado aberto do tubo. Voc pode usar tubos de plstico transparente e fazer o U com dois cotovelos.

Uma nuvem engarrafada.ObjetivoProduzir uma pequena nuvem artificial dentro de um vidro de gelia. Ilustrar a nucleao de gotas nas nuvens

DescrioVamos descrever duas formas simples de produzir uma pequena nuvem dentro de um jarro ou garrafa de vidro.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

29

1) Use uma garrafa com gargalo largo e uma rolha com um furo por onde passa um tubo de borracha ou plstico. Ponha um pouco de gua na garrafa - bem pouco. Sugue o ar da garrafa atravs do tubo e feche a ponta do tubo com os dedos. Acenda um fsforo e, logo que ele se apagar, produzindo fumaa, escoste-o na ponta tubo e solte os dedos. Isso faz com que partculas de fumaa penetrem na garrafa. Agora sopre bem forte na ponta do tubo e logo aps sele de novo essa ponta com os dedos. Finalmente, solte o tubo de uma vez. Se tudo correr bem, uma pequena nuvem deve se formar dentro da garrafa. 2) Dessa vez, use um jarro de vidro de boca larga, desses de guardar doce ou gelia. Ponha um pouquinho de gua no jarro. Enfie uma luva de borracha ou plstico, dessas que se usam na cozinha, dentro do jarro e ajuste o punho de forma a vedar a boca larga. Enfie a mo na luva e puxe rapidamente para fora sem quebrar a vedao do jarro. Nada acontece. Retire a luva, acenda um fsforo e deixe-o cair no jarro produzindo fumaa. Recoloque a luva e repita o processo descrito acima. Dessa vez, se tudo correr bem, uma pequena nuvem deve se formar no jarro, quando voc puxar a mo.

AnliseEssa experincia simples, o efeito no muito vistoso, mas ilustra um fenmeno importante da Fsica da Atmosfera: a formao de gotas de chuva em uma nuvem. Essas gotas s se formam se existirem ncleos de condensao em suspenso na atmosfera. Se a natureza fosse esperar que as gotas se condensassem s por causa da temperatura e da presso na atmosfera, no existiriam nuvens nesse planeta. No caso dessa experincia, os ncleos de condensao so as partculas de fuligem. O jarro contm vapor de gua, isto , molculas dispersas de gua na forma de um gs invisvel. Uma rpida expanso do ar dentro do jarro provoca o resfriamento do ar e do vapor no jarro. Esse abaixamento sbito de temperatura induz formao de pequenas gotas de gua lquida no ar. Se no houver algo que impea, essas gotas rapidamente se evaporam novamente, voltando condio de vapor. Para que elas cresam e se agrupem na forma de uma gota maior necessria a presena de um ncleo de condensao - pequenas partculas de sal, poeira ou fumaa. Na sua experincia, esses ncleos de condensao so as partculas de fumaa do fsforo. Os melhores ncleos de condensao so aqueles que se dissolvem na gua. Sal de cozinha (cloreto de sdio) um bom exemplo. complicado salgar o ar dentro de seu jarro de nuvens mas voc pode demonstrar como fcil condensar vapor de gua em torno de partculas de sal. Espalhe alguns gros de sal na parte interna de uma tampa de lata metlica ou plstica. Ponha essa tampa no fundo de uma travessa rasa de vidro e derrame um pouco de gua no fundo da travessa. Tampe a travessa com sua tampa de vidro e observe por uns 15 a 20 minutos. Voc dever ver os gros de sal se transformarem em gotas de gua salgada. Houve uma transferncia de gua do fundo da travessa para os gros de sal que atuaram como enormes ncleos de condensao. Retire agora a tampa da travessa. Se o ambiente no for muito mido, a gua evapora das gotas deixando um resduo de sal seco novamente.

MaterialFrasco de vidro de boca larga. Deve ser suficientemente largo para conter sua mo enluvada. Luva de borracha ou plstico. Garrafa bojuda. Rolha de borracha ou cortia compacta, furada no centro. Tubo de borracha ou plstico. Travessa rasa de vidro com tampa tambm de vidro. Tampa de lata de doce.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

30

Sal de cozinha. Fsforos - de preferncia, com cabo de papel, desses que encontramos nos hotis.

DicasSua apresentao pode se concentrar sobre o fenmeno atmosfrico da formao de nuvens. Consulte um especialista no Departamento de Meteorologia da Universidade mais prxima. Faa grandes cartazes mostrando como se formam as nuvens de chuva. Iluminando sua cmara de nuvens com uma luz forte, um projetor de "slides", por exemplo, facilita a observao de sua nuvem artificial. Voc pode incluir, em sua apresentao, alguma coisa sobre a cmara de nuvens de Wilson, usada para detectar partculas sub-atmicas. Colete material sobre esses assuntos, inclusive com cpias de fotografias dos rastros deixados por partculas na cmara de Wilson. Essas fotos aparecem em tudo que livro de Fsica Atmica.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

31

Parte III ptica

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

32

Lentes Fluidas.ObjetivoDemonstrar que o efeito de uma lente depende dos ndices de refrao interno e externo.

DescrioOs livros costumam dizer que uma lente que tem as bordas delgadas e a parte central mais espessa (dita "biconvexa") convergente, enquanto que outra lente, com bordas espessas divergente. Isso s verdade se o material da lente tiver ndice de refrao maior que o meio de onde vem a luz. A experincia a seguir ilustra esse fato. Corte um pedao de uns 5 centmetros de um tubo de PVC de uns 10 a 12 cm de dimetro. Faa um furo no tubo com o dimetro de uma rolha de borracha. Cole um vidro de relgio em cada extremidade do tubo, usando cola de silicone, usada para fazer aqurios. Faa dois tipos de lente: uma biconvexa e outra bicncava. Melhor at fazer duas de cada. Encha uma lente biconvexa com gua e deixe a outra vazia (cheia de ar). Mergulhe a lente com ar em um aqurio com gua. Dessa forma, voc mostrar que a lente de ar dentro da gua divergente, enquanto que a lente com gua no ar convergente, embora ambas sejam biconvexas. Repita a experincia com duas lentes bicncavas.

AnliseUma lente biconvexa de vidro, mergulhada no ar, convergente (veja a figura acima). Isso se d porque o vidro tem ndice de refrao maior que o ndice de refrao do ar. Se a lente biconvexa for feita de um material cujo ndice de refrao menor que o ndice de refrao do meio onde ela est mergulhada, ela ser divergente. Esses resultados esto resumidos na chamada lei dos fabricantes de lente:

1 1 1 = (ni n e ) ( ) f r ' r"Nessa frmula, f a distncia focal da lente, ni o ndice de refrao da lente e ne o ndice de refrao do meio. r' e r'' so os raios de curvatura das faces da lente (os vidros de relgio). Como so

orientados em direes opostas tm sinais opostos, logo, o sinal de

1 1 ( ) r ' r"

deve ser positivo para

uma lente biconvexa. Portanto, f ser positivo (lente convergente) se ni for maior que ne, como acontece com uma lente de vidro no ar. Em uma lente de ar na gua f ser negativo e a lente biconvexaCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

33

ser divergente. Faa uma anlise semelhante para o caso das lentes bicncavas.

MaterialTubo de PVC, desses usados em instalao hidrulica, de 12 centmetros de dimetro e 5 centmetros de comprimento. Esses valores so aproximados e podem ser modificados conforme a convenincia. Vidros de relgio de 12 centmetros de dimetro. Esses vidros podem ser encontrados nas lojas de tica e custam barato. Cola de silicone para colar vidro. Pode ser achada em lojas de material de construo ou lojas de aqurios de peixe. Um aqurio pequeno ou outro recipiente transparente de paredes planas. Rolha de borracha.

DicasA lente fluida no deve ser muito pequena. Quanto maior, melhor, limitada apenas pelo custo do material. O efeito melhora com o tamanho. Faa um cartaz com a frmula dos fabricantes de lente e esteja preparado para explicar o significado de cada smbolo. Leve tambm uma lente comum de vidro para contrastar com suas lentes de gua e ar. Faa cartazes mostrando os raios convergindo e divergindo em lentes comuns e em lentes fluidas.

Porque o cu azulObjetivoDemonstrar que a luz espalhada por partculas muito pequenas em suspenso. Mostrar que a componente azul se espalha mais que as outras componentes. Relacionar com a cor do cu durante o dia e no fim da tarde.

DescrioUse um projetor de slides e uma caixa de plstico transparente ou um aqurio (sem peixes, por favor). Faa o feixe de luz do projetor passar pela gua do aqurio e se projetar sobre uma cartolina servindo de tela. Para obter um feixe estreito use um slide opaco com um pequeno furo circular. Encha o aqurio com gua e observe o feixe de luz branca atravessar o lquido e se projetar na tela. Adicione um pouco de leite em p gua e mexa bem. Espere a gua parar e observe de novo o feixe. Voc ver que a luz que se projeta na tela est um pouco avermelhada. Olhando o feixe pela lateral do aqurio voc ver que ele est azulado.

AnliseA luz branca, como a luz do sol ou a luz da lmpada do projetor, constituda de uma mistura de todas as cores visveis: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta. A luz uma onda e cada cor corresponde a um comprimento de onda diferente. A componente vermelha tem o maior comprimento de onda e a violeta o menor. Quando a luz do sol atravessa a atmosfera, espalhada pelas partculas do ar. O espalhamento depende do comprimento de onda e do tamanho das molculas. Acontece que h uma espcie de casamento de interesses entre a componente azul e o tamanho das molculas de ar de modo a fazer com que o espalhamento para essa componente seja mais intenso que para as demais. Esse casamento o que os fsicos chamam de ressonncia. (Leia sobre a ressonncia em nossa seoCompilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

34

Tintim por Tintim.) Por causa da ressonncia a eficincia com que o azul espalhado cerca de 10 vezes maior que a eficincia para o espalhamento da componente vermelha. Isso tambm acontece com a luz espalhada pelas molculas de leite na gua. A componente vermelha, que pouco espalhada, prossegue no feixe e se projeta na tela. A componente azul espalhada para os lados e pode ser vista pela lateral do aqurio. Quando o sol est nascendo ou se pondo sua luz atravessa uma faixa mais longa da atmosfera que no resto do dia. A componente azul espalhada vai para as regies da Terra onde pleno dia restando para os outros as componentes de outras cores, principalmente o amarelo, laranja e vermelho. Esse efeito ainda mais acentuado quando a atmosfera tem outras partculas em suspenso (poluio, por exemplo).

MaterialProjetor de slides. Caixa de plstico transparente ou aqurio longo. Cartolina branca montada como uma tela.

DicasFaa essa experincia em um local meio escuro para facilitar a percepo do efeito. No exagere na quantidade de leite em p seno a gua ficar opaca. Leia nossa seo TINTIM por TINTIM sobre o fenmeno de ressonncia. Faa um cartaz indicando os valores dos comprimentos de onda das cores componentes e dos tamanhos das partculas da atmosfera.

Imagem Invertida na Retina.ObjetivoDemonstrar que a imagem dos objetos que vemos fica invertida na retina de nossos olhos.

DescrioFaa um furo fino no fundo de uma caixinha de filme 35 mm. Coloque um alfinete preso a uns 5 mm da parte aberta de modo que a cabea do alfinete fique na linha do furo. Encostando a caixa no olho a luz que entra pelo furo projeta uma sombra do alfinete sobre a retina. Essa sombra no invertida. Exatamente por isso ns a vemos INVERTIDA. Para demonstrar que a sombra no invertida podemos encostar a caixinha em uma lente convergente e projetar a sombra sobre um papel.

AnliseA lente de nosso olho, chamada de cristalino, convergente. As imagens que essa lente forma sobre a retina so invertidas em relao aos objetos vistos. O crebro se encarrega de fazer a interpretao normal dessa imagem e no percebemos a inverso. Portanto, se uma imagem no invertida se formar sobre a retina o crebro vai interpretla como invertida. o que acontece com a sombra do alfinete.

MaterialCaixinha de filme de 35 mm (opaca). Alfinete longo. Lente convergente.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

35

DicasEssa experincia pode ser includa entre vrias outras que ilustram nossa percepo dos objetos. Leia nossa seo Tintim por Tintim sobre A TICA DA VISO.

Condutores de Luz.ObjetivoSimular os efeitos de uma fibra tica. Ilustrar efeitos de presso e tenso superficial em lquidos.

DescrioUse uma caixa grande de leite longa vida (vazia, claro) aberta no topo. Faa um pequeno furo a uns 2 centmetros do fundo. Enfie, com cuidado, a ponta de um canudo de refresco nesse furo, at entrar cerca de 1 cm. Corte o canudo de modo a sobrar uns 2 cm para fora. Vede em torno do canudo com chicletes ou massa de moldar. Encha a caixa com gua tampando a ponta do canudo com o dedo. Coloque uma lmpada no topo da caixa, acenda-a e solte a gua. Em um ambiente escurecido vemos claramente o feixe de gua como um conduto de luz. Fazendo o mesmo com trs furos vemos o efeito da presso em profundidades diferentes sobre a velocidade com que a gua sai da caixa.

AnliseEsse fenmeno que utilizado hoje em dia nas fibras ticas foi primeiro demonstrado por John Tyndall em 1854. A luz fica praticamente presa no feixe de gua por causa da reflexo total. Para saber mais sobre esse efeito consulte livros texto de boa qualidade, em especial o Curso de Fsica de Antnio Mximo e Beatriz Alvarenga, Vol. 2. Para explicar porque o feixe de gua que sai do furo do meio alcana mais longe use a frmulav = 2 g h

MaterialLata vazia de leite longa vida ou lata grande de metal. Canudos de papel ou plstico. Lanterna ou luminria com lmpada de uns 60 W.

DicasApresente essa experincia em um conjunto que tenha como tema as fibras ticas. Consiga uns pedaos de fibra tica para mostrar aos seus espectadores. Faa cartazes ilustrando a reflexo total dentro do feixe de gua e da fibra tica. Um efeito interessante, ligado tenso superficial, pode ser conseguido fazendo-se 3 furos prximos uns dos outros, perto do fundo da caixa. Passando um dedo perto da caixa atravs dos feixes, observa-se que os feixes se juntam. Com jeitinho consegue-se que eles se enrolem uns nos outros.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

36

A Experincia de Land.ObjetivoReproduzir a experincia de Edwin Land sobre a percepo de cores.

DescrioO fsico e empresrio americano, Edwin Land, inventor do polaride, fez uma interessante experincia mostrando que nossa percepo das cores um fenmeno bem complexo. Essa experincia descrita pelo prprio Land em Scientific American, Vol. 200, pg. 84, 1959. O equipamento e material para essa experincia mais sofisticado e dispendioso que o usual nas outras sugestes. Assim mesmo, resolvemos inclu-la por ser bastante curiosa, ter um resultado impressionante e servir de partida para alguma pesquisa. Compre um filme para slides preto e branco com 24 exposies. No fcil achar esse tipo de filme mas uma boa loja especializada de fotografia deve ter. Compre, ou pea emprestado, dois filtros fotogrficos, um vermelho e outro verde. A cmera fixada na frente do objeto a ser fotografado e no deve ser movida durante a sesso de fotos. O objeto deve ter cores fortes e variadas, como um poster de Matisse. Tire duas sries de fotos, cada uma com 12 exposies; uma srie ser tirada usando o filtro vermelho e a outra, o verde. Cuidado para no mover a cmera ao trocar os filtros. Use o flash para obter uma boa iluminao. Cada uma das sries feita do seguinte modo. A primeira foto tirada com o diafragma na abertura mxima e o obturador na velocidade mnima. claro que a cmera deve ter possibilidade de ajuste manual. Para cada uma das outras exposies, a abertura vai sendo gradualmente diminuda e a velocidade aumentada. Faa toda uma srie com o filtro vermelho e repita tudo com o filtro verde. Mande revelar o filme em uma boa loja especializada e insista que deseja os slides positivos, sem nenhum ajuste de laboratrio. No mande revelar nessas mquinas automticas pois elas so programadas para ajustar as fotos, corrigindo as besteiras dos fotgrafos amadores. No o seu caso, voc um cientista pesquisador. A demonstrao feita assim: consiga dois projetores de slide iguais que projetem suas imagens sobre uma mesma tela, cuidadosamente superpostas. Um dos projetores tem o filtro verde na frente da lente e o outro no tem nenhum filtro. Com algum ajuste da intensidade da imagem do projetor sem filtro, uma imagem colorida deve ser observada na tela.

AnliseVeja bem: os slides so em preto e branco; o projetor sem filtro projeta, portanto, uma imagem em preto e branco, enquanto o outro projeta uma imagem em preto e verde. No entanto, por alguma razo inesperada, vemos uma imagem multi-colorida na tela. Essa a essncia da experincia de Land. O que ela mostra, na verdade, que nossa percepo das cores um fenmeno mais complexo que simplesmente uma combinao de ondas de luz. Uma anlise mais completa desse resultado envolve, no apenas Fsica, mas tambm fisiologia e psicologia. Como dissemos, assunto de pesquisa.

MaterialCmera 35 mm com possibilidade de ajuste manual. Um filme para slides preto e branco, com 24 exposies. Dois filtros fotogrficos, um verde e outro vermelho. Dois projetores idnticos de slides.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

37

Um arranjo tipo natureza morta bem colorido e variado, com frutas, flores, etc. Ou um poster de cores vibrantes.

DicasNo se iluda: essa uma experincia trabalhosa. No entanto, se for bem feita leva a um resultado muito bonito e surpreendente. O que voc vai mostrar na Feira o resultado final com os projetores. Ser necessrio conseguir um espao fechado pois o efeito fica melhor em um local totalmente escuro. Se seu pai, ou algum parente, for fotgrafo, curtir fotografia e topar lhe ajudar, as coisas ficaro muito mais fceis.

O pndulo de Pulfrich.ObjetivoIlustrar uma iluso de tica que envolve a percepo de movimentos.

DescrioEssa iluso de tica foi descrita pelo fsico alemo Carl Pulfrich, em 1922. Arranje uns culos escuros, de sol. Faa um pndulo com um pequeno peso e um fio de uns 60 centmetros. Faa o pndulo oscilar em um plano e olhe-o de longe, com o plano do pndulo perpendicular sua linha de viso. Ponha um dos vidros dos culos na frente de um dos olhos e mantenha ambos os olhos abertos enquanto olha a oscilao do pndulo. Voc dever ver o peso girar em um crculo, enquanto oscila. Fazendo o mesmo com o vidro na frente do outro olho o pndulo parece girar na direo contrria.

AnlisePulfrich deu a seguinte explicao para esse efeito: a imagem menos luminosa que se forma na retina do olho atrs do vidro escuro chega ao crebro um pouquinho depois da imagem mais brilhante na outra retina. Esse atraso interpretado pelo crebro como um deslocamento do objeto para frente ou para trs, dependendo da direo do movimento do peso.

MaterialUm pedao de fio de uns 60 a 80 centmetros. Um peso pequeno. culos de sol com vidros escuros, sem grau.

DicasEssa experincia pode fazer parte de uma exposio sobre iluses de tica. Junte vrias iluses e organize seu estande com cartazes contendo as figuras e as explicaes. Na seo TINTIM POR TINTIM falamos da tica da Viso e damos vrios exemplos de iluses de tica.

Somar e Subtrair Cores.ObjetivoMostrar como as cores podem ser somadas e subtradas.Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

38

DescrioMuita gente confunde mistura de cores com soma de cores. Essas experincias mostram a diferena entre as duas coisas.

SOMANDO CORES:Um arranjo bem simples para somar duas cores mostrado ao lado. Use dois cartes com as cores que quer somar. Use cores bem vivas e brilhantes e coloque os cartes sobre um fundo preto fosco. Use uma placa de vidro ou plstico bem limpo e transparente. O conjunto todo deve estar bem iluminado com luz branca. Ajuste o ngulo da placa para que o carto visto atravs do vidro coincida com a imagem do carto visto por reflexo. Variando o ngulo voc pode variar a intensidade da luz refletida e transmitida, misturando as cores em vrias propores. Repita a experincia com vrios pares de cores, por exemplo: vermelho e branco; amarelo e branco; vermelho e verde; azul e amarelo; verde e lils, etc. Anote suas observaes. Outra forma mais elaborada permite somar mais de duas cores. Voc precisar de trs projetores de "slides" idnticos. Faa trs "slides" com cartolina preta e furos circulares de mesmo dimetro. Arranje filtros coloridos de vrias cores ou, se isso ficar difcil, faa filtros com papel celofane. Projete os trs feixes sobre uma tela branca com superposio parcial dos crculos. Variar a intensidade dos feixes meio complicado. Se voc tiver filtros neutros fica mais fcil.

SUBTRAINDO CORES:Subtrair cores mais fcil que somar. Basta, por exemplo, olhar atravs de um filtro colorido . O que o filtro faz absorver uma boa parte das cores componentes da luz branca incidente e deixar passar apenas uma faixa mais ou menos estreita do espectro. Por exemplo, um bom filtro verde absorve tudo menos a luz com comprimento de onda em torno de 5500 ngstroms. Isto , subtraiu todos os outros comprimentos de onda da luz incidente. Outra forma de subtrair cores consiste em misturar tintas ou pigmentos. Um pigmento azul, por exemplo, absorve a luz branca incidente e devolve apenas as componentes em torno do azul. Dependendo do pigmento, mais de uma componente pode ser re-emitida. O exemplo mais clssico de mistura de cores consiste em juntar tinta amarela com tinta azul e obter o verde. Faa vrias misturas e anote seus resultados.

AnliseNossos olhos tm receptores na retina que so sensveis s cores. Uma teoria clssica da viso de cores, devida a Thomas Young e Hermann Helmoltz, supe a existncia de trs tipos de receptores (os "cones"): um mais sensvel ao vermelho, outro ao verde e outro ao azul. Estimulando os trs ao mesmo tempo, com a mesma intensidade, produz a sensao visual que chamamos de branco. Essa teoria no totalmente aceita, pois h pessoas que no conseguem ver o verde e o vermelho (so daltnicas) mas conseguem ver o amarelo. Outra teoria supe a existncia de quatro tipos de receptores, divididos em pares: amarelo-azul e verde-vermelho. Veja nossa Sugesto sobre Cores Complementares.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

39

MaterialCartes com cores variadas, intensas e brilhantes. Veludo preto para servir de fundo fosco aos cartes. Placa de vidro ou plstico transparente. Projetores de "slides". Filtros coloridos e neutros.

DicasLimpe bem a placa para que fique completamente transparente. Se for difcil arranjar os filtros, faa voc mesmo com papel celofane. No , nem de longe, a mesma coisa, mas, quebra o galho. Junte essa experincia com outras sugestes sobre cores que damos nessa pgina e faa uma apresentao completa sobre a Viso das Cores. Veja nossa seo AS CORES DA LUZ.

O Disco de Newton e outros discos de cores.ObjetivoComo somar cores com um disco girante.

DescrioEssa uma experincia clssica para mostrar que o branco a soma das cores visveis. Use um disco LP dos antigos (que seu pai no queira mais) como suporte e cole sobre ele uma rodela com setores pintados com as cores do espectro solar. Faa esse disco girar, sob uma forte luz branca. Um jeito de fazer isso fixando o disco na ponta de uma furadeira manual. Tome extremo cuidado para evitar que o disco se solte ou se quebre em alta velocidade, causando um acidente srio. Se a proporo de cores for correta, o disco girante fica branco. Na maioria das vezes, fica apenas cinza. Ser preciso experimentar vrios conjuntos de setores coloridos at achar uma combinao que d um branco aceitvel. Outros conjuntos de setores, com menos cores, tambm podem resultar em branco, ou outras cores. Faa vrios discos com pares ou trios de cores e observe a cor resultante ao girar rapidamente, sob luz branca.

AnliseEssa uma experincia de SOMA de cores. Se voc leu nossa Sugesto sobre Soma e Subtrao de Cores, deve lembrar que verde com vermelho, por exemplo, pode dar branco. Nessa experincia com discos girantes, a soma de cores deve-se persistncia das imagens em nossa retina. o mesmo efeito usado na projeo de filmes. Uma sucesso rpida de imagens se mistura em nossa retina e o que vemos uma imagem contnua.

MaterialDiscos LP bolacho (do Cauby Peixoto, por exemplo). Cartes com setores coloridos, com cores fortes e brilhantes. Furadeira manual.

Compilado por Marcos G Degenhardt Disponvel a partir de http://www.seara.ufc.br/sugestoes/fisica/sugestoesfisica.htm

SEARA DA CINCIA

40

DicasTome muito cuidado com a furadeira. Se no tiver experincia em us-la, pea ajuda a quem tenha. Use culos de proteo. Na exibio da Feira, isso pega bem com a Comisso Julgadora. Experimente vrios conjuntos de cores. Use papel colorido brilhante e ilumine bem o disco. Junte essa experincia com outras sugestes sobre cores que damos nessa pgina e faa uma apresentao completa sobre a Viso das Cores. Veja nossa seo AS CORES DA LUZ fazendo uma busca em nossa pginas.

O ngulo do Arco-ris.ObjetivoAchar, experimentalmente, o ngulo de sada da luz em uma gota de gua.

DescrioEm nossa seo especial AS CORES DA LUZ, explicamos a origem do arco-ris. Vimos, sem demonstrao, que a luz que sai da gota de chuva, depois de dispersada e refletida, faz um ngulo de 42 com a direo da luz incidente. Ora, raios de luz que incidem sobre a gota tm ngulos de incidncia desde 0 at 90, como vemos na figura. D para pensar que os raios, ao sarem da gota, tambm tenham ngulos variados. Se isso fosse verdade, no haveria arco-ris. Acontece que quase toda a luz que sai da gota, se concentra em torno de um ngulo aproximado de 42 com a direo dos raios do Sol. Esse resultado pode ser demonstrado matematicamente, graficamente ou experimentalmente. Aqui, sugerimos uma comprovao experimental. Arranje uma pequena esfera de vidro. Uma pequena bola de gude sem cor, transparente, serve bem. Ela ser sua "gota de chuva". Monte o conjunto visto na figura. A esfera fica apoiada por uma haste estreita. A fonte de luz pode ser um projetor de slides. O anteparo com um furo estreito no meio pode ser de papelo ou plstico. Faa o feixe de luz passar pelo furo e incidir sobre a bolinha. Ver que a luz emergente se concentra ao longo


Top Related