CATÁLOGO DE EXPERIMENTOS

CATÁLOGO DE EXPERIMENTOS
DO
PARQUE DA CIÊNCIA DA UFVJM
Prof. Ms. Wallas Siqueira Jardim
Prof.ª Drª.Adriana Gomes Dickman
LISTA DE EXPERIMENTOS
EXPERIMENTOS SOBRE MECÂNICA
Caindo para cima
01
Empuxo
02
Ludião
03
Coroa do Rei
04
Sustentação de objetos pelo ar
05
Cadeira do Faquir
06
Foguete de Pressão
07
Latas Adestradas
08
Esferas de Newton
09
EXPERIMENTOS DE ENERGIA ELÉTRICA
Casinha do Apagão
01
Energia Eólica
02
Pássaro Sedento
03
EXPERIMENTOS DE TERMODINÂMICA
Pássaro sedento
01
EXPERIMENTOS DE ÓPTICA
Desafio Óptico
01
Caleidoscópio Gigante
02
Erre se puder
03
Periscópio
04
Caleidosfera
05
Caixa Misteriosa
06
Espelho infinito
07
O Olho Humano
08
Disco de Newton
09
EXPERIMENTOS DE ELETROMAGNETISMO
Circuito em Série e em Paralelo
01
Imãs
02
Anéis Saltitantes
03
Freio Magnético
04
Gerador de Van Der Graaff
05
EXPERIMENTOS SOBRE MECÂNICA
1. CAINDO PARA CIMA
Figura 01: Caindo para cima
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Centro de Massa
Objetivo: Visualizar o efeito da localização do centro de massa sobre o
movimento de um corpo.
Descrição: Ao soltar o objeto da parte mais baixa do suporte mostrado na
figura 36, o mesmo sobe a calha ao invés de permanecer parado.
Explicação: Existe uma elevação na calha, o que impossibilitaria o duplo cone
(objeto) se mover nesta direção, mas o centro de massa do objeto se localiza
no seu eixo de rotação, permitindo o mesmo se deslocar. Há uma diferença na
altura entre eixo de rotação e o centro de massa. No momento em que o objeto
se localiza na parte alta da caixa, pelo senso comum, espera-se que o objeto
desça, mas como o centro de massa é mais baixo que o eixo de rotação,
acontece o contrário. Quando o objeto se encontra na parte mais baixa da
calha, espera-se que o mesmo não suba, mas como o centro de massa está
mais alto que o eixo de rotação acontece que o mesmo sobe.
Figura 02: Objeto subindo
Fonte: Elaborado pelo autor
O objeto procura a posição de equilíbrio, que é quando o centro de massa
coincide com o eixo de rotação.
Figura 03: Objeto na posição de equilíbrio
Fonte: Elaborado pelo autor
2. EMPUXO
Figura 04: Empuxo
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Hidrostática (Empuxo)
Objetivo: Analisar e compreender a ação do empuxo.
Descrição: Ao tocar o dedo na água contida em um dos recipientes da balança
posta em equilíbrio, observa-se que a balança se desequilibra.
Explicação: A balança inicialmente em equilíbrio contém a mesma quantidade
de água nos dois recipientes. Em um dos recipientes, quando o dedo é imerso
na água, certa quantidade de líquido é deslocada. Pelo princípio de
Arquimedes, sabe-se que o líquido exercerá no dedo, força de baixo para cima,
denominada empuxo que é igual ao peso do volume da água que se deslocou.
3. LUDIÃO
Figura 05: Ludião
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Pressão e densidade
Objetivo: Discutir os conceitos de densidade e pressão, e até mesmo o
princípio de funcionamento dos submarinos.
Descrição: O experimento é composto de uma garrafa com água e um ludião,
que pode ser uma ampola de injeção vazia.
Explicação: A pressão no interior da garrafa aumenta quando ela é
pressionada, fazendo com que o volume de água no interior do ludião (ampola)
aumente. Assim, sua densidade cresce e ele desce, quando se aperta a
garrafa. Ao diminuir a pressão no interior da garrafa, ou seja, deixando a
garrafa voltar à sua forma normal, o ludião sobe.
4. COROA DO REI
Figura 06: Coroa do rei
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Densidade e Empuxo
Objetivo: Utilizar os conceitos de densidade e empuxo para comparar a
densidade de cada coroa.
Descrição: O filósofo grego Arquimedes (282-212 a.C), foi quem pela
primeira vez verificou este fato. A história conta que o rei Hieron, solicitou a
Arquimedes que investigasse a acusação de que seu ourives havia
confeccionado uma coroa com prata e ouro e não apenas ouro puro como o
rei havia mandado. Em seu famoso banho, Arquimedes descobriu como
solucionar o problema e saiu nu pelas ruas da cidade gritando “eureca,
eureca”.
Explicação: Este experimento possibilita ao estudante, comprovar e vivenciar
a famosa história de Arquimedes. Ao mergulhar na água as duas coroas
(movendo uma manivela), observa-se que a balança de braços iguais, que
fora d’água estava equilibrada, dentro d’água se desequilibra. O fenômeno
ocorre devido à diferença de densidade entre as duas coroas, provocando
uma diferença de empuxo. Essa diferença de empuxo causaria a balança a
inclinar-se, sendo mais imersa, a coroa mais densa.
5. SUSTENTAÇÃO DE OBJETOS POR UM JATO DE AR
Figura 07: Jato de ar
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Força e pressão
Objetivo: Através de uma brincadeira que envolve autocontrole e paciência
discutir os conceitos físicos que envolvem a força e a pressão.
Descrição: Uma bola de isopor é sustentada por um jato vertical de ar que é
expelido por um exaustor de baixo para cima que se equilibra com o peso da
bola.
Explicação: O ar quando flui pela superfície curva da bola circunda e adere as
suas paredes. Devido essa ação do ar, surgem forças sobre a bola permitindo
que ela fique presa nesse fluxo de ar. A adesão do ar à bola provoca reduções
locais de pressão, originando forças que são exercidas ao redor da bola que a
empurram para o centro do fluxo sempre que ela se desvia da posição inicial.
6. CADEIRA DO FAQUIR
Figura 08: Cadeira do Faquir
,
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Pressão e Força
Objetivo: Discutir os conceitos de força, pressão e área de contato.
Descrição: A cadeira composta com pregos espaçados entre si por 1 cm,
permite discutir o conceito de pressão como sendo a razão entre a força
aplicada e a área de contato.
Explicação: Os estudantes inicialmente têm medo de sentarem na cadeira,
devido aos diversos pregos com as partes pontiagudas expostas. Como
existem muitos pregos distribuídos de maneira uniforme, a pressão será
pequena devido à área de contato com os pregos ser grande.
7. FOGUETE DE PRESSÃO
Figura 09: Foguete de pressão
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Leis de Newton e pressão
Objetivo: Aplicação da lei de ação e reação.
Descrição: O foguete é construído com uma garrafa pet e uma plataforma para
lançamento que pode ser fixa numa base de madeira. A bomba de bicicleta é
adaptada a uma válvula para ser utilizada para pressurizar a garrafa que
contém água até um terço da sua capacidade.
Explicação: O princípio de funcionamento do foguete se baseia na terceira lei
de Newton, a lei da ação e reação, que evidencia que “Quando um corpo
exerce uma ação sobre outro, este reage sobre o primeiro com uma força de
mesma intensidade, mesma direção e sentido contrário”. À medida em que se
aumenta a quantidade de ar dentro da garrafa a pressão aumenta fazendo com
que água seja expelida para baixo “Ação” e exercendo uma força em sentido
contrário “Reação” fazendo com que a garrafa suba.
8. LATAS ADESTRADAS
Figura 10: Latas adestradas
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Conservação da energia
Objetivo: Mostrar as transformações da energia cinética em elástica e elástica
em cinética.
Descrição: Pode-se observar que ao rolar, a velocidade da lata diminui até
parar. Após o repouso instantâneo, a lata volta a entrar em movimento na
direção em que foi lançada.
Figura 11: Modelo lata adestrada
Fonte: http://professorandrios.blogspot.com.br
Explicação: A partir de uma simples montagem, constituída de um parafuso
(objeto) amarrado a um elástico preso no eixo da parte interna de uma lata,
podem ser observadas as transformações de energia. O elástico se enrola
dentro da lata devido ao peso do objeto, armazenando energia potencial
elástica que se transforma em energia cinética e vice-versa, por isso acontece
o movimento de vai e vem. Enquanto a lata rola pela superfície, a massa do
objeto faz o elástico se rola rolar e enrolar e armazenar energia elástica.
9. ESFERAS DE NEWTON
Figura 12: Esferas de Newton
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Conservação do momento Linear
Objetivo: Observar a conservação do momento Linear através da colisão
entra as esferas suspensas.
Descrição: Ao serem erguidas, ocorrem colisões entre as esferas que estão
suspensas de modo a ficarem em contato e alinhadas. Essas colisões são
consideradas perfeitamente elásticas, se explicando pelo número de esferas
que se movem juntas antes da colisão ser sempre igual ao número de esferas
que saem juntas após a colisão.
Explicação: O fato se deve pelo princípio da conservação da energia
mecânica. Em uma colisão linear perfeitamente elástica, a energia cinética das
partículas
interventoras
se
conserva,
desconsiderando
as
energias
dissipativas, podemos concluir que a velocidade de aproximação desses
objetos antes da colisão é igual a velocidade que se afastam após a colisão.
EXPERIMENTOS DE ENERGIA ELÉTRICA
1. CASINHA DO APAGÃO
Figura 13: Casinha do apagão
http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Energia elétrica
Objetivo: Analisar os consumos de energia dos aparelhos eletrodomésticos
que existem em uma residência.
Descrição: A casinha mostra em miniatura os aparelhos, que podem ser
ligados e desligados pelo estudante, permitindo fazer simulações e cálculos do
consumo de energia.
Explicação: Este experimento possibilita ao estudante analisar o consumo de
energia elétrica de cada aparelho, que podem ser ligados ou desligados por
uma chavinha. O consumo aumenta, à medida que aumenta o número dos
aparelhos ligados.
2. ENERGIA EÓLICA
Figura 14: Energia eólica
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Transformação da energia
Objetivo: Mostrar as transformações da energia eólica em energia elétrica e o
princípio do funcionamento das Usinas Eólicas.
Descrição: O estudante é desafiado a soprar e conseguir ligar a lâmpada que
esta acoplada ao suporte junto à hélice, o princípio do experimento é o
funcionamento da Usina Eólica que se baseia na transformação da energia
mecânica em elétrica.
Explicação: através do sopro, a hélice entra em movimento acionando um
dínamo que como consequência provoca a variação do campo magnético em
uma bobina. Através da indução eletromagnética, surge uma corrente que
acende a lâmpada.
EXPERIMENTO DE TERMODINÂMICA
1. PÁSSARO SEDENTO
Figura 15: Pássaro sedento
http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Termodinâmica e Centro de gravidade
Objetivo: Mostrar a transferência de calor com o aumento da temperatura da
substância e o equilíbrio do brinquedo.
Descrição: O pássaro de vidro que fica bicando a água do copo sem parar
consiste em um recipiente especial, feito com duas esferas de vidro que
compõem a cabeça e o corpo ligados por um tubo de vidro. Dentro do
recipiente há certa quantidade de éter ou fréon, substâncias que se evaporam
rapidamente à temperatura e pressão ambientes. As pernas e pés do
passarinho formam o apoio em relação ao qual a estrutura de vidro pode
balançar. Alguma penugem fina é colada à cabeça e ao corpo do brinquedo e
servem de ajuste para o equilíbrio.
Explicação: Este experimento é essencialmente uma máquina térmica. A base
do corpo é a fonte quente (ambiente) e a cabeça é a fonte fria, resfriada com a
água que o bico do pássaro toca ao se inclinar. O bulbo de cima da cabeça do
pássaro é coberta por feltro e dentro do bulbo existe éter que é extremamente
volátil. A cabeça do pássaro é molhada com água que evapora e resfria o
vapor do éter no interior da cabeça do pássaro. A pressão diminui, aumenta a
coluno do éter no tubo, descola o centro de massa para cima e inclina o
pássaro, que molha o bico novamente e o ciclo se repete dando a impressão
que o pássaro está bebendo a água do recipiente.
EXPERIMENTOS DE ÓPTICA
1. DESAFIO ÓPTICO
Figura 16: Desafio óptico
http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Formação de Imagens e lentes cilíndricas.
Objetivo: Mostrar a formação das imagens nas lentes cilíndricas.
Descrição: O experimento é composto de um tubo de acrílico e de algumas
Explicação: O tubo de acrílico funciona como uma lente cilíndrica que inverte
as imagens. As palavras que podem ser lidas normalmente são formadas por
letras verticalmente simétricas.
2. CALEIDOSCÓPIO GIGANTE
Figura 17: Caleidoscópio gigante
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Formação de imagens e espelhos planos.
Objetivo: Mostrar a formação das imagens e simetria nos espelhos planos.
Descrição: O caleidoscópio é um dispositivo óptico constituído por três
espelhos planos colocados de modo a formar entre si ângulos de 60º.
Explicação: Os estudantes fazendo girar o caleidoscópio poderão visualizar
diversas imagens simétricas e coloridas, graças a reflexão da luz, originadas
pelos pequenos objetos coloridos, colocados diante dos espelhos que dão
origem a novas imagens simétricas através de sucessivas reflexões nos
espelhos.
3. ERRE SE PUDER
Figura 18: Erre se puder
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Distância focal de uma superfície côncava.
Objetivo: Mostrar o ponto focal de uma superfície côncava.
Descrição: O experimento se baseia em diversas calhas das quais pode ser
largada uma esfera, que atinge um anteparo côncavo, uma curva em forma de
parábola, que faz a esfera convergir para o foco da parábola.
Explicação: As lentes e os espelhos esféricos possuem um ponto de
convergência dos raios luminosos, este ponto é chamado de foco. Tal
fenômeno poderá ser observado ao soltar uma pequena esfera de qualquer
uma das calhas, a esfera sempre atingirá o mesmo ponto, que é o ponto focal.
4. PERISCÓPIO
Figura 19: Periscópio
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Formação de imagens nos espelhos planos.
Objetivo: Observar a formação das imagens através da associação dos
espelhos planos.
Descrição: Duas pessoas se olham através de um tubo, onde estão
acoplados quatro espelhos planos, os mesmos refletem mutuamente a
imagem do rosto das pessoas que se observam de lados opostos, criando
uma ilusão de que estão sendo vistas diretamente, ao colocar um obstáculo no
trajeto as pessoas continuam se vendo. A caixa pode ser aberta para que os
visitantes entendam como os espelhos foram colocados.
Explicação: O periscópio utiliza dois espelhos paralelos distantes um do
outro. Para que a imagem fique perfeita, os espelhos devem formar um
ângulo de 45º com a estrutura do objeto. Os raios luminosos atingem o
primeiro espelho, que os reflete para o segundo espelho, sendo novamente
refletidos para o visor. A luz penetra por uma das extremidades e é refletida
para os olhos do observador.
5. CALEIDOSFERA
Figura 20: Caleidosfera
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Formação de imagens nos espelhos planos.
Objetivo: Mostrar a formação das imagens e simetria nos espelhos planos.
Descrição: Quatro espelhos planos são justapostos em formato de tronco de
pirâmide, originando um grande número de imagens, no fundo é inserido um
monitor que passa um vídeo.
Explicação: As imagens vistas terão formato esférico, devido à associação
dos espelhos planos e a simetria entre as imagens formadas.
6. CAIXA MISTERIOSA
Figura 21: Caixa misteriosa
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Formação de imagens nos espelhos planos.
Objetivo: Observar o efeito da formação das imagens através da associação
dos espelhos planos.
Descrição: A caixa é montada em formato de L, com um semi-refletor
(espelho) na diagonal e um feixe de luz que é desviado possibilitando aos
estudantes visualizarem a fotografia de uma mulher bonita se transformar em
um gorila. A montagem está representada na figura abaixo.
Foto 22: Esquema da caixa misteriosa
Fonte: http://ivirtuc2.blogspot.com.br/2012/06/nao-monga-nao.html
Explicação: Em um lado da caixa é inserida a fotografia de uma mulher bonita
e no outro de um monstro. Quando se apaga a luz que está sendo emitida para
a fotografia da mulher, deixa-se acesa a do monstro, aparecendo no vidro
apenas o reflexo do monstro. E vice versa. Durante a observação dos
estudantes, vai se graduando o feixe de luz da fotografia da mulher e
aumentando o feixe de luz da fotografia do monstro. A impressão que se terá é
que a imagem do monstro está sobre a da mulher, como se fosse uma única
imagem.
7. ESPELHO INFINITO
Figura 23: Espelho infinito
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Formação de imagens nos espelhos planos.
Objetivo: Observar a formação das imagens através da associação de dois
espelhos planos em paralelo.
Descrição: O espelho infinito dispõe de dois espelhos paralelos e lâmpadas de
LED.
Explicação: As lâmpadas de LED, ao serem ligadas, são simultaneamente
refletidas pelos dois espelhos, dando a percepção de que a mesa é infinita.
8. O OLHO HUMANO
Figura 24: O Olho humano
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Formação de imagens no olho humano.
Objetivo: Mostrar a formação das imagens nas lentes esféricas e no olho
humano.
Descrição: O experimento tem o formato de um olho humano, os visitantes
poderão observar através de uma lente convergente a formação das imagens
invertidas, assim como acontece com o olho humano.
Explicação: Uma lente convergente representa o funcionamento da córnea do
olho. O globo de isopor representa o globo ocular, e o cristalino é
representado por um globo de vidro. No experimento o ajuste focal, que no
olho é função do cristalino, é feito pela lente convergente. A retina, que no olho
é o anteparo onde se formam as imagens, no experimento é representada por
um papel vegetal, os visitantes podem observar as imagens invertidas como o
que acontece com o olho humano, ajustando a distância focal.
9. DISCO DE NEWTON
Figura 25: Disco de Newton
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Teoria das cores, dispersão da luz.
Objetivo: Mostrar a formação da luz branca através da superposição das
cores.
Descrição: O disco de Newton é composto por um disco pintado com as sete
cores principais que identificamos no arco-íris. Ao girar o disco ocorrerá
superposição das sete cores, que formarão a cor branca.
Explicação: Esta cor resulta da mistura das cores pintadas sobre o disco, as
quais representam apenas uma pequena fração das frequências de luz
provenientes do espectro solar visível, que variam de forma gradativa e
continuamente do vermelho ao violeta. Tal fenômeno também pode ser
observado no prisma, quando um feixe de luz branca que o atravessa se
decompõe, dando origem a um espectro colorido. Esse fenômeno denomina-
se dispersão da luz, comprovando que a luz branca é constituída pela
superposição de muitas cores.
EXPERIMENTOS DE ELETROMAGNETISMO
1. CIRCUITO EM SÉRIE E EM PARALELO
Figura 26: Circuito em série e em paralelo
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Voltagem e corrente elétrica.
Objetivo: Mostrar o que ocorre com a voltagem e a corrente elétrica quando
as lâmpadas são associadas em série e em paralelo.
Descrição: O experimento dispõe de lâmpadas ligadas em série e lâmpadas
ligadas em paralelo, podendo ser observada a variação do brilho das
lâmpadas pelos estudantes.
Explicação: Com a utilização do experimento os estudantes poderão observar
que no circuito em série a corrente é a mesma em todas as lâmpadas e a
voltagem se divide, no circuito ligado em paralelo a voltagem é a mesma e a
corrente se divide.
2. IMÃS
Figura 27: Imãs
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Propriedades dos ímãs.
Objetivo: Mostrar a repulsão e a atração magnética dos ímãs.
Descrição: O suporte dispõe de ímãs que quando colocados face à face com
polos iguais se repelem. A levitação dos ímãs ocorre devido à repulsão
magnética.
3. ANÉIS SALTITANTES
Figura 28: Anéis saltitantes
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Eletromagnetismo.
Objetivo: Discutir os conceitos de variação do fluxo magnético, Lei de Lenz e
discutir a função da bobina de ferro.
Descrição: Este experimento é conhecido como “Anel de Thompsom”.
Quando o interruptor é ligado, o anel salta para o topo do núcleo de ferro.
Explicação: Quando o interruptor é ligado, é estabelecida uma corrente
elétrica que cria um campo magnético dentro e ao redor da bobina preenchida
com um núcleo de ferro que se prolonga para fora dela. Esse campo
magnético é variável e induz uma força eletromotriz no anel e, em
consequência disso, passa a circular nele uma corrente elétrica, cujo sentido é
oposto ao campo magnético indutor da bobina, causando uma forte repulsão.
Se o anel estiver cortado o anel não se moverá, pois a corrente não irá
circular.
4. FREIO MAGNÉTICO
Figura 29: Freio magnético
Fonte: http://www.parquedaciencia.com.br
Conteúdo de Física: Eletromagnetismo, Lei de Faraday e Lei de Lenz.
Objetivo: Discutir os conceitos da indução eletromagnética.
Descrição: Ao ligar o interruptor o disco de alumínio começa a girar. Ao
aproximar um ímã do disco, este é freado.
Explicação: Ao aproximarmos o ímã do disco em movimento são criadas
correntes induzidas (correntes de Foucault). O disco é freado devido à
interação do campo magnético do ímã com o campo magnético criado pelas
correntes induzidas no disco em movimento, que se opõe ao campo
magnético do ímã.
5. GERADOR DE VAN DER GRAAF
Figura 30: Gerador de Van Der Graaff
Fonte: Dados da pesquisa
Conteúdo de Física: Eletrostática, processos de eletrização, poder das
pontas, campo elétrico.
Objetivo: Mostrar como ocorrem os processos de eletrização e o poder das
pontas.
Descrição: Em torno da esfera é criado um campo elétrico. É possível
visualizar este efeito quando os cabelos do estudante que está em contato
com a esfera se levantam.
Explicação: O gerador é composto por uma correia de material isolante, dois
roletes, uma cúpula de descarga, um motor, duas escovas e uma coluna de
apoio. A correia ao atritar nas escovas eletriza a esfera de material condutor.
Nele uma carga positiva é transportada continuamente pela correia de
borracha para dentro de uma cúpula metálica oca. A carga é coletada e
armazenada na superfície externa, até que o potencial elétrico se torna tão
elevado que cria um campo elétrico ao redor do gerador.