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Forças no movimento circular
Experimento cadastrado por Gianinni Pelizer em 03/05/2011
Classificação
•••••
(baseado em 1 avaliações)
Total de exibições: 2037 (até 14/05/2012)
Palavras-chave: Física, mecânica, dinâmica, movimento
circular uniforme
Onde encontrar o material?
em supermercados e farmácias
Quanto custa o material?
entre 10 e 25 reais
Tempo de apresentação
até 10 minutos
Dificuldade
fácil
Segurança
seguro
Introdução
Como forçar um carrinho de brinquedo, cujas rodas não podem ser viradas, a realizar um movimento curvilíneo? Afinal, que
forças produzem o movimento circular de um veículo?
Neste experimento vamos investigar as forças envolvidas no movimento circular e, para isso, utilizaremos um carrinho de
brinquedo cujas rodas não podem ser viradas.
Materiais necessários
Carrinho de brinquedo a pilha
Barbante
Folha de papel Kraft
Mola macia
Cronômetro
Materiais.
Passo 1
Deixando o carrinho arrastar o barbante
Neste experimento amarramos um barbante ao carrinho de brinquedo movido à pilha. Ao ligarmos o carrinho, podemos
observar que ele se movimenta em linha reta enquanto arrasta o barbante que se mantém não tensionado. As rodas dianteiras
desse tipo de carrinho não podem ser viradas e, portanto, é natural que ele se mova em linha reta nessas condições. O
© 2012 pontociência / www.pontociencia.org.br
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Forças no movimento circular
barbante, todavia, pode ser usado para exercermos uma força no carrinho que fará com ele se mova em uma trajetória circular.
Mas, como fazê-lo?
Carrinho em linha reta.
Passo 2
Obrigando o carrinho a descrever um movimento circular uniforme
Para obrigarmos o carrinho a se mover em uma trajetória circular, prendemos um ponto do barbante que ficou amarrado ao
carrinho no chão e deixamos o carrinho se mover até que o barbante fique completamente esticado enquanto continuar a
prender o barbante no chão. Nessas condições, qual(is) força(s) obrigam o carrinho a girar? Em que direção atua(m) esta(s)
força(s)?
Movimento circular.
Passo 3
Marcando a trajetória do carrinho para medir sua velocidade
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Forças no movimento circular
Podemos acoplar uma caneta hidrocor no nosso carrinho, de modo a marcar, sobre uma folha de papel Kraft, a trajetória que
ele descreve. Faça isso mantendo preso ao chão um ponto específico do barbante. Como podemos utilizar a trajetória marcada
com a caneta para medir o módulo da velocidade com que o carrinho gira, enquanto o barbante se mantém esticado?
Para isso, experimente: (i) colocar um barbante sobre a trajetória marcada pela caneta; (ii) medir o comprimento desse
barbante; (iii) medir, com um cronômetro, o tempo despendido para o carrinho executar, por exemplo, 10 voltas completas; (iv)
calcular, com esses dados, o módulo da velocidade do carrinho.
Tragetória do carrinho.
Passo 4
Observando a trajetória do carrinho com e sem a ação do barbante
O que acontecerá com o carrinho se soltarmos o barbante? Depois de fazer sua previsão, deixe o carrinho dar algumas voltas
em movimento circular e, então, abandone o barbante enquanto a caneta continuar a registrar a trajetória do carrinho. Como
explicar a mudança observada na trajetória do carrinho, em termos das forças que atuam sobre o carrinho? Como essa
mudança de trajetória poderia nos ajudar a conceber uma “direção instantânea” para a velocidade do carrinho, em cada ponto
da trajetória circular?
Passo 5
Usando uma mola para investigar a intensidade da força exercida pelo barbante
A velocidade linear de nosso carrinho, medida em cm/s, é aproximadamente constante. Será, então, que a força aplicada pelo
barbante e responsável por mantê-lo em movimento circular seria também constante independentemente do raio de curvatura
da trajetória? Para investigar essa nova questão, faça várias alças ao longo do barbante e insira uma mola em uma alça de
cada vez, de modo a variar o raio de curvatura da trajetória circular. A mola ajudará você a avaliar a intensidade da força
exercida sobre o carrinho para diferentes raios de curvatura. Prenda uma das extremidades da mola ao chão deixando a outra
extremidade presa a uma das alças do barbante. Verifique, então, como diferentes raios de curvatura afetam a intensidade da
força responsável por manter o carrinho em movimento circular. Em nosso experimento utilizamos um dinamometro para
comparar as forças exercidas com diferentes raios.
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Forças no movimento circular
Dinamometro preso ao carrinho com menor raio.
Dinamometro preso ao carrinho com maior raio.
Passo 6
O que acontece
Quando o barbante estica, ele aplica sobre o carrinho uma força de intensidade igual àquela que nós aplicamos sobre ele para
manter um de seus pontos preso ao chão. A direção dessa força coincide com a própria direção do barbante, a cada instante.
Esse tipo de força, cuja direção e sentido apontam para o centro da trajetória, é conhecida como resultante centrípeta.
Quando soltamos o barbante, essa resultante centrípeta deixa de atuar e o carrinho sai pela tangente. A “direção instantânea”
da velocidade do carrinho é, justamente, essa direção tangente e ação da resultante centrípeta consiste em alterar
continuamente a “direção instantânea” da velocidade. Como qualquer alteração de velocidade implica em aceleração,
dizemos que o movimento circular uniforme é caracterizado por uma aceleração centrípeta que, por sua vez, é um efeito da
força centrípeta.
O módulo da força centrípeta depende da velocidade linear do carrinho (do quadrado do módulo da velocidade, mais
exatamente), mas também do raio da trajetória (a força é inversamente proporcional ao raio). Quanto menor o raio, maior será
o valor do módulo da força centrípeta responsável por obrigar o corpo a manter uma trajetória circular. Todas essas conclusões
e afirmações são igualmente válidas quaisquer que sejam as “coisas que giram” que estivermos a considerar: um ônibus de
passageiros que faz uma curva, a lua que gira em torno da Terra, a pedra lançada por uma funda, as roupas em uma máquina
de lavar; os brinquedos típicos dos parques de diversão, etc.
O vídeo abaixo mostra a realização do experimento.
Clique para assistir ao vídeo
http://www.youtube.com/watch?v=7mmjGeOWTHg
© 2012 pontociência / www.pontociencia.org.br
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