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FORÇAS NO MOVIMENTO CIRCULAR
Experimento cadastrado por Gianinni Pelizer em 03/05/2011
Classificação
•••••
baseado em 3 avaliações
Total de exibiçõeses: 1235 (até 16/06/2017 15:18:50)
Palavras-chave:
Material - Onde encontrar
Em supermercados e farmácias
Material - Quanto custa
Entre R$ 10,00 e R$ 25,00
Tempo de apresentação
Até 10 minutos
Dificuldade
Fácil
Segurança
Seguro
MATERIAIS
• Carrinho de brinquedo a pilha
• Barbante
• Folha de papel Kraft
• Mola macia
• Cronômetro
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.
PASSO 01 - 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 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?
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FORÇAS NO MOVIMENTO CIRCULAR
Carrinho em linha reta.
PASSO 02 - 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 03 - MARCANDO A TRAJETÓRIA DO CARRINHO PARA MEDIR SUA VELOCIDADE
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.
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FORÇAS NO MOVIMENTO CIRCULAR
Tragetória do carrinho.
PASSO 04 - 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 05 - 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.
Dinamometro preso ao carrinho com menor raio.
Dinamometro preso ao carrinho com maior raio.
PASSO 06 - 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
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FORÇAS NO MOVIMENTO CIRCULAR
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.
Vídeo. - Clique para assistir
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