Experiências de Mecânica

• Mecânica
  Canhão de Sal de Frutas I

Objetivo

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

Contexto

O Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear diz que "todo sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear", esta podendo ser inicialmente nula ou não. Neste experimento, o sistema considerado é o próprio "canhão" e todo o conjunto da base que o sustenta, para o qual a quantidade de movimento linear inicial é nula.

Idéia do Experimento

O experimento consiste em construir um sistema muito similar a um canhão real. Uma embalagem de filme fotográfico (potinho plástico com tampa de pressão), preso inclinado a uma base de isopor sobre uma esteira de lápis cilíndricos (ou flutuando na água), faz o papel de canhão, sendo que a tampa representa a bala. O mecanismo de explosão, que impulsiona bala e canhão, é a pressão criada dentro do potinho pela liberação de gases. Estes surgem da reação química que se dá quando o sal de frutas entra em contato com a água. Esta reação precisa ser bem controlada e, para maior eficiência e sucesso, deve se iniciar depois que o potinho estiver bem tampado. Depois de armado o sistema, espera-se pelo "tiro". O que se observa é que enquanto a tampa (a bala) é lançado num sentido, o resto do sistema (o canhão) se move noutro sentido, ou seja, recua. Ainda se observa que o conjunto de lápis se movimenta com sentido contrário ao canhão, que é a parte do sistema com a qual eles têm contato. A idéia é a de explorar a compensação de quantidades de movimentos bastante visível que ocorre neste experimento. A tampa, mais leve, se desloca com velocidade maior; o resto do sistema, mais pesado, se desloca noutro sentido com velocidade menor.

Material

1. Embalagem de filme fotográfico =>Trata-se do pote plástico com tampa no qual são vendidos os filmes fotográficos. Pode ser obtido em lojas de revelação de filmes.
2. Tampa de caneta => Usamos uma tampa de caneta BIC onde a haste foi cortada fora, de modo que a tampa sirva como um recipiente que vai conter o sal de fruta.
3. Sal de fruta => Cremos que qualquer marca de sal de fruta deve dar o mesmo resultado.
4. Placa de isopor => De preferência, a espessura do isopor deve ser a menor possível.
5. Lápis cilíndrico => Uma dúzia serve, mas pode ser menos.
6. Fita adesiva
7. Água

Montagem


Corte da folha de isopor em um retângulo de aproximadamente 10 x 15 cm;
Corte um outro pedaço da folha de isopor de tamanho 5 x 2 cm;
Fixe o potinho com fita adesiva sobre o isopor pequeno e ambos sobre o retângulo maior, de forma que o potinho fique inclinado e ao mesmo tempo não se obstrua a abertura do mesmo (veja figura abaixo);
Encha a tampa da caneta com sal de fruta;
Mantendo todo o conjunto na vertical, coloque água no potinho, até aproximadamente 1/3 de sua capacidade;
Agora coloque a tampa de caneta "carregada" dentro do pote, de modo que a água não entre em contato com o sal de fruta;
Tampe cuidadosamente o potinho;
Agite e coloque rapidamente todo o conjunto sobre uma esteira de lápis numa mesa lisa e plana.

Comentários

Este experimento pode ser feito usando uma variedade muito grande de diferentes materiais. Este conjunto de materiais nos pareceu o mais fácil de obter e o que resulta em menos espalhamento de água após a explosão.

Esquema Geral de Montagem

Abração
Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

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.

Idéia do Experimento

O experimento consiste em construir um sistema muito similar a um canhão real. Uma borrachinha de dinheiro é disposta sobre a base de madeira como se fosse uma atiradeira que está prestes a impulsionar o projétil (veja a figura abaixo). A linha de costura e o palito de fósforo servem para disparar o "tiro" com a menor interferência possível.
Depois de armado o sistema, dispara-se o "tiro" simplesmente queimando a linha que mantém a borrachinha esticada. O que se observa é que enquanto o projétil é lançado num sentido, o resto do sistema se move noutro sentido, ou seja, recua.
A idéia é a de explorar a compensação de quantidades de movimentos bastante visível que ocorre neste experimento. O projétil, mais leve, se desloca com velocidade maior; o resto do sistema, mais pesado, se desloca noutro sentido com velocidade menor.

Material

1. 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.
2. Três parafusos ou pregos pequenos
3. Um elático de dinheiro
4. Linha de costura
5. Fósforos
6. Projétil => Pode ser qualquer coisa passível de ser atirada pela borracha: um apontador de lápis, uma borracha de apagar lápis, dessas que têm uma capa plástica de proteção (só a borracha ofereceria muito atrito), etc....
7. 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.

Esquema Geral de Montagem:

Abraços
Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

PETELECO

Objetivo

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

Contexto

O Princípio da Inércia, ou Primeira Lei de Newton, diz que "um objeto tende sempre a manter o seu estado de movimento, este podendo também ser o de repouso, se não houver a ação de forças externas".
Este experimento serve para mostrar que um objeto em repouso tende a continuar em repouso. Já o experimento "TROMBADA (1)" serve para mostrar que o objeto em movimento tende a continuar em movimento. Os dois experimentos em conjunto ilustram o Princípio da Inércia.

Idéia do Experimento

O experimento consiste de apoiar-se uma cartolina em forma de calha em cima de uma mesa e colocar-se uma bolinha de vidro (ou de aço, que dá melhores resultados) no seu centro. Aplica-se um "peteleco" nas bordas mais altas da calha de modo que a cartolina desloque-se com uma velocidade considerável. A idéia é de que a bolinha tende a permanecer em repouso, ou seja, parada na mesma posição que ocupava antes da cartolina se movimentar, pois a força que alterou o repouso da cartolina não se transmitiu à bolinha devido à insuficiência de atrito.

Material

1. Um pedaço de Cartolina (15x15 cm) => Dê preferência para cartolinas lisas.
2. Uma Bolinha de Vidro (ou Aço) => A bolinha de vidro pode ser do tipo usada pelos garotos em jogos. A de aço pode ser encontrada em bicicletarias ou oficinas mecânicas. São retiradas de várias peças, na sua maioria rolamentos; as maiores são obtidas de juntas homocinéticas.

Montagem

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

Comentários

A intensidade da batida é algo que precisa ser treinado. Por vezes a pessoa não consegue dar uma batida forte, seca e simultânea nos dois lados da calha. Mas um pouco de prática resolve o problema.

Esquema Geral de Montagem:

Abraços
Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

TROMBADA

Objetivo

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

Contexto

O Princípio da Inércia, ou Primeira Lei de Newton, diz que "um objeto tende sempre a manter o seu estado de movimento, este podendo também ser o de repouso, se não houver a ação de forças externas".
Este experimento serve para mostrar que um objeto em movimento tende a continuar em movimento. Já o experimento "PETELECO" serve para mostrar que o objeto em repouso tende a continuar em repouso. Os dois experimentos em conjunto ilustram o Princípio da Inércia.

Idéia do Experimento

O experimento consiste em deixar um carrinho, com uma bolinha presa a ele, rolar uma rampa e chocar-se com um obstáculo (veja a figura abaixo).
O carrinho percorrerá a rampa, até atingir o lápis (obstáculo). Ao atingí-lo, o carrinho pára; a bolinha de aço, porém, estando apenas levemente presa ao carrinho, tende a continuar seu movimento, sendo lançada para a frente.
A idéia é a de que, ao mesmo tempo que o carrinho pára devido à ação de uma força externa (aplicada pelo obstáculo), a bolinha continua o seu movimento pelo fato de estar fracamente ligada ao carrinho, não sofrendo portanto a ação de nenhuma força exerna.

Material

1. Um carrinho de aço =>É essencial que este carrinho rode muito bem
   (menos atrito possível).
2. Uma Bolinha de Aço => Esta bolinha pode ser encontrada em bicicletarias
   ou oficinas mecânicas. São retiradas de várias peças,
   na sua maioria rolamentos; as maiores são obtidas de
   juntas homocinéticas.
3. Duas Réguas => Qualquer régua ou objeto similar deve servir para fazer o papel de rampa.
4. Um Lápis
5. Um pedaço de Massa de Modelar => Serve de adesivo entre a bolinha de aço e o carrinho.
6. Alguns Livros
7. Fita Adesiva

Montagem

Junte as duas réguas com fita adesiva, de forma que o lado numerado de uma, coincida com a outra.
Empilhe um ou mais livros sobre uma mesa reta e lisa.
Apoie o começo das réguas, já coladas, no topo da pilha de livros.
Fixe as extremidades das réguas com fita adesiva (na mesa e na pilha de livros) para que não haja escorregamento, formando assim uma rampa.
Fixe um lápis com fita adesiva, a mais ou menos 20cm da base da rampa, perpendicularmente a esta.
Coloque um pedaço de massa de modelar no capô do carrinho e sobre a massa de modelar, levemente presa, a bolinha de aço.
Posicione o conjunto carro+massa+bolinha no alto da rampa.

Comentários

A massa de modelar no início, gruda mais do que o desejado; por isto, prenda e solte a bolinha algumas vezes, antes de começar o experimento.
A limpeza da bolinha e do carrinho faz-se necessária periodicamente, sendo inclusive aconselhável a troca da massa.

Esquema Geral de Montagem:

Abraços
Dayvidson S. Eufrásio

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

Gotas Marcantes

Objetivo

Mostrar o movimento de um objeto acelerado.

Contexto

Sem discutir as causas do movimento, podemos dizer que um objeto acelerado é aquele que varia a sua velocidade, sendo a aceleração a medida desta variação.
Este experimento serve para mostrar que para um objeto constantemente acelerado (pois está sujeito a uma força constante), a distância percorrida em diferentes intervalos de tempo iguais e sucessivos sempre aumenta. Se a distância percorrida aumenta e o intervalo de tempo permanece constante, é porque a velocidade aumentou.

Idéia do Experimento

O experimento consiste em permitir o movimento de um carrinho sob a ação de uma força constante, sendo que o carrinho possui um dispositivo que libera gotas em intervalos de tempos razoavelmente constantes. Estas deixam marcas sobre a mesa ou papel. É fácil de observar que para intervalos sucessivos, a distância aumenta. A força constante é proporcionada por um objeto que cai sob a ação da força da gravidade e puxa o carrinho.
Importante observar que as marcas a serem considerada são somente aquelas produzidas quando o carro se encontra sob a ação da força. Pois no momento em que esta cessa, ou seja, no momento em que o peso que cai bate no chão (veja a figura), o carro deixa de estar acelerado.
A massa do objeto que cai pode ser variada para mostrar que sob uma força maior, surgirá uma aceleração maior e consequentemente as distâncias percorridas sucessivamente serão maiores.

Material

1. Um carrinho de brinquedo => ; O carrinho deve rolar bem e ser grande o suficiente para sustentar o aparato de "pingagem" (equipo-soro).
2. Equipamento para aplicação de soro (equipo-soro) => Encontrado para venda em farmácias. É barato e propicia um bom controle da freqüência de gotejamento.
3. Clipses =>; São usados como massa variável para fazer o papel do corpo que cai sob a ação da força da gravidade. Podem ser substituídos por outro objeto qualquer. Pelo menos um (grande) será preciso para desviar a ação da força na borda da mesa.
4. Fita Adesiva
5. Um espetinho de madeira para churrasco =>; Será usado como sustentação para o equipo-soro. Qualquer outra vareta leve servirá. Pode ser feito com bambu ou até uma lixa de unha.

Montagem

Primeiramente, prepare o equipo-soro, retirando sua mangueira e unindo as extremidades que antes eram ligadas por ela.
Prenda (com fita adesiva) a vareta no carrinho e o equipo-soro nesta, ambos na vertical.
Prenda com fita adesiva, no meio do capô do carrinho, um pedaço de linha, com aproximadamente a altura da mesa que se dará o experimento.
Na outra extremidade da linha, prenda alguns clips.
Na borda da mesa, prenda o clips que servirá de roldana e passe a linha por cima do clips.
Coloque o carrinho na mesa, de forma que a linha esteja esticada.
Coloque água no equipo-soro e regule o gotejamento.
Solte o carrinho e deixe que os clips o puxe.

Comentários Práticos

O uso de papel para receber as marcas das gotas pode ser interessante, uma vez que podem ser feitas marcas de caneta do lado das gotas e então o professor pode mostrar o resultado para todos os alunos.
O modo como se dobra o clips da borda da mesa e como é a montagem do equipo-soro pode ser visto na figura abaixo:

Esquema Geral de Montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

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.


Idéia do Experimento


O experimento consiste em observar o movimento de uma bolha criada em um tubo transparente preenchido com um líquido viscoso, quando este é deixado em repouso e com uma certa inclinação. Uma bolha nestas condições possui a curiosa (porém explicável) propriedade de se deslocar com velocidade constante.
Faz-se uma montagem onde o suporte do tubo é uma régua. Assim, com o auxílio de um relógio ou cronômetro, pode-se medir distâncias e tempos de intervalos sucessivos. Pode-se comprovar com razoável qualidade que a bolha se desloca com velocidade constante.
Se tivermos dois tubos idênticos sobre o mesmo suporte, porém preenchidos com líquidos de diferente viscosidade, é possível ainda fazer experimentos de "ultrapassagem" de objetos que se movem com velocidades constantes, porém diferentes.



Material

1. Uma régua de 60 cm => Em princípio qualquer suporte rígido serve. Esta foi a apção que fizemos.
2. 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.
3. Cola de secagem ultra- rápida
4. 4 tampinhas do fundo da caneta BIC => Serão usadas como vedantes das mangueiras.
5. 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!



Esquema Geral de Montagem

Dayvidson Siqueira

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

ROLAMENTO

Objetivo

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

Contexto

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

Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.

Idéia do experimento

Obviamente é muito mais fácil empurrar um carrinho de supermercado com rodinhas do que um sem elas. O experimento vai explicar o porquê disto. Ele consiste numa caixa de giz puxada por um elástico sobre um punhado de lápis enfileirados.
A idéia é descobrir em qual situação é mais fácil puxar a caixinha de giz sobre os lápis: na primeira onde eles ficam imóveis, ou na segunda onde ficam soltos e rolam por sob a caixinha.
Imagine as superfícies do lápis e da caixa como na Figura 1. Pense que a ponta da sua caneta é uma parte da superfície de um lápis e que a tampa da sua caneta é uma parte da superfície da caixa. No contato das duas superfícies acontece uma microsolda; seria como a tampa se encaixando na caneta. Na verdade não acontecem encaixes perfeitos como o da tampa com a caneta em todos os contatos. Quando se puxa a caixinha sobre os lápis, sob qualquer situação, as microsoldas devem ser quebradas para que ela se mova. Quebrar uma microsolda seria como desencaixar a tampa da caneta. Como se sabe, é muito mais fácil tirar a tampa puxando-a para cima do que empurrando-a para o lado.


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

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

Material

1. Duas borrachas escolares
2. Um punhado de lápis => Devem ser roliços. Usamos duas duzias deles.
3. Caixa de giz => Se trata de um daqueles estojos para giz que os professores geralmente usam, mas qualquer objeto de forma, peso e textura similar deve servir.
4. Algumas borrachinhas de dinheiro
5. Um elástico fino => Os elásticos roliços são os mais sensíveis, mas caso não tenha em mãos, também servirá um chato. Tanto um, como outro podem ser encontrados em lojas de armarinho.
6. Uma tachinha => Também conhecida como percevejo.

Montagem

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

Vá repetindo o procedimento anterior até que haja lápis suficientes para que o elástico fique esticado e prenda todos.
Prenda as outras extremidades dos lápis com outra borrachinha de dinheiro, trançando-a dois a dois lápis.
Deixe o "tapete" que você fez sobre uma mesa, e ponha por cima dele a caixa de giz.
Puxe o elástico até a iminência do movimento observando sua dilatação.
Solte as borrachinhas dos lápis.
Espalhe os lápis sobre a mesa e os alinhe deitados um ao lado do outro.
Ponha uma borracha escolar no começo e outra no final da fileira de lápis para que não caiam da mesa.
Coloque a caixa de giz sobre os lápis espalhados.
Puxe o elástico até a iminência do movimento da caixa e então verifique o quanto o elástico esticou.
Compare a primeira dilatação com a segunda.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

Lixa

Objetivo

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

Contexto

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

Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.

Idéia do experimento

O experimento consiste em uma caixa de giz puxada por um elástico sobre duas superfícies diferentes: uma folha de papel e uma folha de lixa. As soldas microscópicas surgem do contato entre as rugosidades das superfícies (veja a Figura 1). Logo, é de se esperar que quanto menos falhas e "rugas" a superfície tiver, menos "soldas" acontecerão. Isto quer dizer que quanto mais lisa e uniforme forem as superfícies dos objetos em contato, menos soldas acontecerão. E como a força de atrito nasce dessas soldas microscópicas, chega-se a conclusão que quanto mais lisa for uma superfície, menos atrito aparecerá entre os objetos em contato.
A superfície do papel é visivelmente mais lisa que a superfície da lixa. Acontecerão muito mais soldas microscópicas da caixa com a folha de lixa do que com a folha de papel. Logo a força de atrito que aparecerá ao puxar a caixa sobre a folha de lixa, será muito maior do que quando estiver sobre a folha de papel. Quando se põe a caixa sobre o papel ou a lixa e puxa-se o elástico preso a ela, ele começa a se distender. Até que na iminência do movimento (quando a caixa estiver quase se movendo), a força de atrito ainda será igual à força aplicada pelo elástico e esta pode ser medida pela distensão do mesmo. E observa-se que o elástico fica muito mais esticado quando a caixa estiver sobre a folha de lixa do que quando estiver sobre a folha de papel. Conclui-se então que a força de atrito será muito maior quando caixa estiver sobre a folha de lixa do quando estiver sobre a folha de papel. Fato que comprova que quanto mais lisa e uniforme forem as superfícies em contato, menos força de atrito surgirá entre elas.

Material

1. Uma caixa de giz => Se trata de um daqueles estojos para giz que os professores geralmente usam, mas qualquer objeto de forma, peso e textura similar deve servir.
2. Um elástico fino => Os elásticos roliços são os mais sensíveis, mas caso não tenha em mãos, também servirá um chato. Tanto um, como outro podem ser encontrados em lojas de armarinho.
3. Uma folha de papel => Sulfite, almaço, cartolina, dobradura...
4. Fita adesiva
5. Uma folha de lixa => Recomendamos uma lixa d'água número 180. Caso, não consiga este modelo, dê preferência à folha de lixa mais lisa possível que achar.
6. Uma tachinha => Também conhecida como percevejo.

Montagem

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

Comentários

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

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

SEGREDO DA CAIXA

Objetivo

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

Contexto

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

Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.

Idéia do experimento

Com uma caixa de sapatos, fita adesiva, régua e elástico é fácil fazer um "medidor de força de atrito". A idéia do experimento é descobrir se a força de atrito entre a caixa e a mesa aumenta quando aumenta o peso que a caixa aplica sobre a mesa. Para construir o "medidor" usa-se a caixa de sapatos presa a um elástico, sobre uma superfície plana horizontal (uma mesa serve). Na iminência do movimento (a caixa está quase se movendo) a força que é aplicada é igual a força de atrito (porque a caixa ainda está parada). Nestas condições pode-se medir a intensidade da força de atrito pela dilatação do elástico. Então, se dentro da caixa estiverem dois livros iguais, o elástico alongará o dobro do que alongaria se ali estivesse apenas um, caso a força de atrito seja proporcional ao peso dentro da caixa. E é exatamente o que acontece: a dilatação do elástico dobra quando dobra o peso da caixa.

Material

1. Uma caixa de sapatos
2. Um elástico => 7cm (sete centímetros) são suficientes. Os elásticos acahatados são melhores que os roliços para esse experimento. Eles podem ser encontrados em lojas de armarinho.
3. Uma régua
4. Fita adesiva
5. Dois livros => Os livros devem ser aproximadamente iguais.

Montagem

Ponha a caixa de sapatos sobre uma mesa limpa.
Prenda o elástico à caixa com ajuda da fita adesiva.
Ponha um livro dentro da caixa e puxe o elástico até que ele fique esticado (mas não distendido). Faça uma marquinha no elástico com a caneta. Ela será seu indicador.
Faça uma reta na mesa ao longo da direção do elástico e marque, na mesa, o local apontado pelo indicador.
Deslize a régua sobre a reta (para que ela não atrapalhe o movimento da caixa) até que ela marque zero centímetros na marca que você fez.
Puxe o elástico até o ponto em que a caixa está quase se movendo. Neste momento meça a dilatação do elástico.
Ponha o outro livro dentro da caixa e repita a experiência.
Compare os valores.

Comentários

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

Esquema de montagem

Abraços
Dayvidson Siqueira

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Experiências de Mecânica

• Mecânica

ARRASTÃO

Objetivo

O experimento visa mostrar que não há relação entre a força de atrito que age em um objeto e sua área de contato com a superfície em que desliza.

Contexto

Pelo princípio da inércia, um objeto em movimento tende a permanecer em movimento a menos que uma força o pare. Imagine um carro se movendo em linha reta com velocidade constante ao longo de uma pista plana. Em determinado instante o motorista deixa de pisar no acelerador do carro e, através do câmbio, "corta" a conexão do motor com as rodas ("ponto morto"). O carro segue livre da força do motor que o impulsionava. Então, pelo princípio da inércia, ele nunca pararia. Mas pára; sem que bata, seja freado ou alguém o empurre. A força que o faz parar vem do atrito do carro com o ar e com o chão. Visto pelo microscópio, as superfícies do pneu e do asfalto são rugosas como a figura abaixo mostra.
Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.

Idéia do experimento

A maior parte das opiniões a respeito da relação entre a força de atrito e a área de atrito entre um objeto qualquer e uma superfície é que quanto maior a área de contato, maior a força de atrito. A idéia do experimento consiste em algumas caixas de CD puxadas por um elástico fino de duas formas: na primeira estão dispostas espalhadas como um tapete, na segunda elas estão empilhadas - com uma área de contato com a superfície muito menor que a primeira. Se na iminência do movimento das caixas, a distensão do elástico for igual nas duas situações, conclui-se que a força de atrito não depende da área de contato entre as superfícies. Estamos supondo que a distensão do elástico mede a força aplicada para vencer a força de atrito.
Em nossa experiência a força de atrito aumentou quando a área de contato diminuíu (mas não na mesma proporção), fato que vai contra a idéia que a maioria das pessoas têm a respeito. Percebe-se neste caso, que ao empilhar as caixas e ocasionar um aumento de pressão de contato, aumentamos o número de soldas microscópicas, apesar da área ter diminuído.

Material

1. Três caixas de CD ("compact disk") => Outros objetos que possam ser trabalhados de modo semelhante devem servir.
2. Um elástico fino => Tentamos vários tipos de elásticos achatados, mas somente elásticos roliços são sensíveis o suficiente com as caixas de CD, encontrados em lojas de armarinho.
3. Uma régua
4. Fita adesiva
5. Caneta hidrocor => Ou qualquer uma que seja capaz de marcar o elástico.
6. Lápis

Montagem

Ponha três caixas de CD sobre uma mesa.
Prenda o elástico na primeira caixa.
Complete uma estrutura, como na Figura 2, prendendo as caixas de CD uma atrás da outra.
Puxe o elástico até que ele fique esticado, porém não distendido; faça uma marquinha nele com a caneta. Esta marca será seu indicador.
Ainda na mesma posição, risque uma reta na mesa na direção do elástico com o lápis e marque, na reta, qual a posição do indicador no elástico.
Deslize a régua sobre a reta (para que ela não atrapalhe o movimento das caixas) até que ela marque zero centímetros na marca que você fez na mesa.
Puxe o elástico até que o conjunto esteja quase se movendo. Registre o quanto o elástico esticou. Repita mais algumas vezes e faça uma média dos valores registrados.
Descole a última caixa, dobre a segunda sobre a primeira, e ponha-a sobre as outras duas como na Figura 3.
Repita o procedimento de medida anterior e compare os valores das duas medidas.

Comentários

Cuidado para não colocar a fita adesiva, que prende o elástico, em contato com a mesa; isto pode acarretar erros sensíveis.
Caso a mesa seja muito lisa, ponha um papel contínuo sob o conjunto das caixas para aumetar a força de atrito. Caso não tenha papel contínuo, disponha as folhas de papel que tiver (a ponta de uma sobre o final da outra) de modo que não interfiram no movimento das caixas.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira

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Experiências de Mecânica

• Mecânica
  

DISCO FLUTUANTE

Objetivo

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

Contexto

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

Idéia do Experimento

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

Material

Um pedaço de papelão
Cartolina
Uma caneta esferográfica
Bexiga
Fita adesiva
Cola

Montagem

Corte o papelão em forma de disco, com um diâmetro aproximadamente de 10 cm e com um furo no centro de aproximadamente 2mm de diâmetro.

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

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

Depois de colado e bem seco, o conjunto ficará com o seguinte aspecto:

Para vedação, cole um pedaço de fita adesiva no furo existente no tubo da caneta.
Prenda a bexiga no fundo do tubo da caneta, também com fita adesiva. Toda vez que precisar encher a bexiga, basta retirar o tubo da caneta do encaixe.

Comentários

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

Esquema Geral de Montagem
Dayvidson Siqueira

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