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1 Roteiros para Laboratorio de Física I- EAD- UESC 2011 Os seguintes experimentos pertencem ao estudo realizado pelo grupo de ensino de Física do Departamento de Física da UNESP, Campus de Baurú, para o projeto “Experimentos de Física para o ensino médio e fundamental com materiais do dia-a-dia.” [1,2]. ESPERIMENTO I - CANHÃO DE BORRACHINHA 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. Ideia 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 Esquema Geral de Montagem). 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 ideia 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 Ítem Observações Uma tábua leve de 15x10 cm Pode ser, por exemplo, obtida de uma caixa de uva, da parte da madeira mais fina que a compõe. Três parafusos ou pregos pequenos Um elático de dinheiro Linha de costura Fósforos Projétil Pode ser qualquer coisa passível de ser atirada pela borracha: um

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Roteiros para Laboratorio de Física I- EAD- UESC 2011

Os seguintes experimentos pertencem ao estudo realizado pelo grupo de ensino de Física do Departamento de Física da UNESP, Campus de Baurú, para o projeto “Experimentos de

Física para o ensino médio e fundamental com materiais do dia-a-dia.” [1,2].

ESPERIMENTO I - CANHÃO DE BORRACHINHA

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.

Ideia 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 Esquema Geral de Montagem). 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 ideia 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

Ítem Observações

Uma tábua leve de 15x10 cm

Pode ser, por exemplo, obtida de uma caixa de uva, da parte da madeira mais fina que a compõe.

Três parafusos ou pregos pequenos

Um elático de dinheiro

Linha de costura

Fósforos

Projétil Pode ser qualquer coisa passível de ser atirada pela borracha: um

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

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

Montagem

• Prepare a madeira, de forma que ela fique a mais lisa possível, retirando todas as farpas e possíveis defeitos.

• Numa das bordas de menor largura fixe dois parafusos nos cantos da placa, e no centro da borda oposta, o outro parafuso.

• Passe cada uma das pontas da borrachinha pelos parafusos da extremidade que contém dois parafusos.

• Amarre no centro do elástico um pedaço de linha.

• Puxando a borrachinha pela linha, estique-a na direção do parafuso que está no centro da outra extremidade, e enrole a linha nele, para que fique preso e esticado. Não encoste a borrachinha no parafuso deixe uma folga de mais ou menos um centímetro.

• Coloque algo que sirva de projétil dentro do vértice em V formado pela borrachinha esticada.

• Coloque os lápis sobre a mesa, um paralelo ao outro formando uma espécie de caminho por onde o canhão deverá se deslocar após o tiro.

• Coloque o conjunto já montado sobre a esteira de lápis, e com o fósforo queime a linha, sem que o palito ou você encoste 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.

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Esquema Geral de Montagem:

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia -

UNESP/Bauru

EXPERIMENTO II - BOLHAS CONFINADAS

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.

Ideia 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

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Ítem Observações

Uma régua de 60 cm Em princípio qualquer suporte rígido serve. Esta foi a apção que fizemos.

120 cm de mangueira (tubo) transparente de 4mm de diâmetro

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

Cola de secagem ultra- rápida

4 tampinhas do fundo da caneta BIC

Serão usadas como vedantes das mangueiras.

2 tipos de líquidos de diferentes densidades

Usamos detergente e limpador multi-uso (dê preferência para os que não sejam transparentes para melhorar a visualização).

Montagem

• Corte a mangueira em dois pedaços de 60 cm.

• Cole as mangueiras 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!

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Esquema Geral de Montagem

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

EXPERIMENTO III - QUEDAS IGUAIS IV

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.

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Ideia 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

Ítem Observações

Garrafas Plásticas

Que sejam idênticas.

Pregos Dê preferência aos pregos pequenos e sem cabeça (para melhor deslizamento do barbante).

Barbante Para cada garrafa utilize aproximadamente 30 cm.

Água Cabo de vassoura

Corte o cabo de vassoura ao meio.

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.

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• 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

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

EXPERIMENTO IV - CONSERVAÇÃO DA ENERGIA II

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.

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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.

Ideia do Experimento

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

Tabela do Material

Ítem Observações

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Um balde pequeno

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

Barbante O comprimento do barbante depende da altura da mesa utilizada.

Fita adesiva

Papel Qualquer papel em branco.

Bloco Usamos uma caixa de "chá mate", de 200 g, do tipo granel.

Massas Qualquer material para pôr no balde. Por exemplo: massa de modelar, moedas, etc...

Montagem

• Prenda o barbante na alça do balde.

• Fixe, com fita adesiva, a outra extremidade do barbante na mesa. O barbante deverá ser preso de modo que o balde possa oscilar a uma pequena altura do piso.

• Fixe o papel no piso, embaixo do balde pendurado.

• Posicione o bloco no piso em frente ao balde pendurado.

• Puxe a parte de trás do balde até uma certa altura. Solte-o, permitindo-o colidir com o bloco.

• Marque a posição que o bloco se moveu no papel.

• Coloque uma pequena quantidade de massa dentro do balde. Posicione-o novamente em frente ao balde pendurado.

• Solte-o e marque a nova posição do bloco no papel.

• Repita o procedimento para diferentes massas no balde. Observe as distâncias percorridas.

Comentários

• Para soltar o balde sempre de uma mesma posição, use uma cadeira, ou outro objeto, como ponto de referência.

• Procure fazer com que o balde e o bloco tenham sempre pesos proporcionais, ou seja, para um balde muito pesado não utilize um bloco muito leve ou vice-versa. Isto permite uma operação mais tranquila e um efeito visual melhor.

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Esquema Geral de Montagem

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

EXPERIMENTO V - CONSERVAÇÃO DA ENERGIA III

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

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da sua distância vertical em relação a um ponto de referência, se transforma em energia cinética do objeto, que está associada aos eu movimento.

Ideia do Experimento

A ideia 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

Ítem Observações

2 copos plásticos Usamos dois de 300ml.

5 tampinhas plásticas de refrigerantes de dois litros ou 600ml do tipo PET

Serão usadas para manter separadas as réguas.

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2 réguas de 60 cm e 2 de 30cm Usa-se réguas de mesmo material para formar a rampa de rolamento do sistema, pois isso faz com que o atrito seja o mesmo em ambas.

fita adesiva

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

uma bolinha Bolinha de vidro.

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.

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• 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

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

EXPERIMENTO VI - ECONOMIA DE FORÇA II

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

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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.

Ideia do Experimento

A ideia 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

Item Observações

2 pedaços de papelão

Os papelões serão usados para formarem rampas.

Suportes Os suportes são utilizados para elevarem as rampas. Deverão ser iguais para ambas as rampas.

Caixa Utilizamos uma caixa de "chá mate", de 200 g, do tipo granel.

Massas Qualquer material para pôr nas caixas. Por exemplo: massa de

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modelar, moedas, etc...

Barbante

Dinamômetro Veja o anexo.

Fita adesiva

Montagem

• Corte uma das rampas de papelão com 60 cm de comprimento e a outra rampa com 30 cm.

• Faça dois suportes de mesmo tamanho e formato, se possível com os mesmos materiais para ambos.

• Coloque uma das rampas em um suporte e a outra no outro.

• Fixe com fita adesiva as rampas na borda dos suportes, para que estas não se desloquem.

• Fure dois lados da caixa de chá. Passe uma das extremidades do barbante nos furos e amarre-o na outra ponta. Este arranjo deverá ficar parecendo uma sacolinha.

• Coloque massas na caixa.

• Com o uso do dinamômetro, levante a caixa até que seu fundo atinja o topo dos suportes de 3 modos: sem a rampa nenhuma e depois usando cada rampa.

Esquema Geral de Montagem

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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

Item Observações

Um cano de metal Utilizamos um cano de alumínio de antena de tv.

Uma borrachinha de dinheiro

Um alfinete

Um pedaço de canudo para refrigerante

O canudo utilizado é do tipo mais largo.

Arame Um pedaço de arame dobrado em dois, de modo que, encaixe no canudo.

Um clips Para prender folhas de papel.

Um pedaço de papel O papel é usado para graduar o dinamômetro.

Elástico Utilizamos um elástico de dinheiro.

Montagem

• Corte o cano de metal com aproximadamente 17cm (Figura A).

• Corte o canudo com um comprimento aproximado de 10cm.

• Coloque uma das extremidades do elástico dentro de uma das extremidades do canudo. Fixe o alfinete no canudo, de forma que, o elástico e o canudo fiquem presos.

• Corte uma tira de papel que possa ser colada no canudo.

• Faça uma escala graduada em centímetros no papel cortado. Fixe com uma fita adesiva o papel no canudo.

• Na outra extremidade do canudo, coloque o arame dobrado ao meio. O arame deverá ficar encaixado dentro do canudo, como se fosse um "anzol" (Figura B).

• Coloque a outra extremidade do elástico encaixado no clips de acordo com a montagem abaixo.

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

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Esquema Geral de Montagem

A B C

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

GANGORRA

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

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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.

Ideia 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

Item Observações

Uma régua

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

Uma borracha

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

Três moedas

Devem ser iguais.

Montagem

• Coloque a borracha em cima duma mesa.

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• Ponha o meio da régua em cima da borracha e ajeite-a até que ela fique na horizontal.

• Coloque uma moeda numa ponta da régua e veja o que acontece.

• Coloque uma moeda na outra ponta da régua, à mesma distância da borracha que a primeira, e veja o que acontece.

• Ponha uma moeda em cima de uma das moedas sobre a régua.

• Empurre as duas moedas na direção da borracha até a régua entrar em equilíbrio.

Esquema de montagem

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

Figura 2: Aqui duas moedas de um lado e uma apenas do outro.

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

Bibliografía [1] Experimentos de física para o ensino médio e fundamental com Materiais do dia-a-dia, Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Campus de Baurú, UNESP, http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/; "Experimentos de Física para o Ensino Médio com materiais do dia-a-dia", Welber Gianini Quirino e F.C. Lavarda.

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[2] AUTORIA INTELECTUAL: Até esta fase de desenvolvimento do projeto, estivemos unicamente preocupados em compor um conjunto de experimentos que cumpram com o nosso objetivo. Alguns foram criados por nós, mas ainda estamos coletando experimentos na literatura já existente, sendo que na maioria dos casos o trabalho de pesquisa é tão somente adequar os experimentos aos materiais que hoje são comuns em qualquer parte do Brasil. Não nos preocupamos em citar as fontes, uma vez que constata-se que o mesmo experimento pode aparecer em diversas publicações, que por sua vez não citam as suas fontes. O material é tratado então como se fosse de domínio público. No entanto, aqueles que julgarem ver aqui um experimento de sua autoria, entrem em contato conosco para que os créditos possam ser atribuídos adequadamente.