SAMPAIO, C.M. Isaac Newton, óleo sobre tela, 1996 |
quarta-feira, 25 de dezembro de 2013
NEWT-ON : 1642 NEWT-OFF: 1727
Muitos autores dizem que Isaac
Newton nasceu no dia de natal, mas há controvérsia relativa à história dos
calendários. No nascimento de Newton, a Inglaterra ainda usava o “velho”
calendário Juliano, ao passo que o restante da Europa já havia adotado o
calendário que usamos até hoje, o calendário gregoriano. Dessa forma, de acordo
com o calendário vigente, Newton nasceu em 4 de Janeiro de 1643 enquanto que
para o calendário em vigor no momento e local de seu nascimento, Woolsthorpe-
Inglaterra, ele teria nascido no dia de natal, 25 de dezembro de 1642. Isso contribui
para especulação do significado místico que envolve a imaginação de Newton e
ajuda a explicar seu fascínio pela interpretação bíblica, bem como para o fato de
ter nascido sem pai mundano, uma vez que seu pai, Robert, veio a falecer 3
meses antes do seu nascimento. Eu, particularmente, acho que deveríamos comemorar
as duas datas. Merry X-mas, Sir!
terça-feira, 24 de dezembro de 2013
FELIZ NATAL
Papai Noel malabarista na corda bamba
Hoje é véspera de Natal, mas vou fazer a postagem desse brinquedo com tutorial de montagem. Se tiver um tempinho, faça o seu. As crianças adoram, acredite.Feliz Natal a todos e obrigado pela visita!
Papai Noel Malabarista
Para fazer um brinquedo como esse você vai precisar de
materiais bem simples, olha só:
Material necessário
O conjunto de polia que foi utilizado, por questões
estéticas foi feito com uma roldana de madeira entalhada de diâmetro 25 mm,
eixo diâmetro 8 mm x 32 mm; um suporte de zinco dobrado em “U” e um parafuso de
rosca soberba de 1,5 mm de diâmetro x 5 mm. Esse ítem pode ser substituído, sem
prejuízo qualquer, por uma polia de varal de teto, que é vendida em lojas especializadas
e já vem com parafuso.
O boneco também foi entalhado em madeira e sua altura é de 6
cm, você pode substituir com qualquer boneco, ou então, observe o formato do
velho Noel da foto. Pode ser uma rolha, dessas de champanhe ou vinho.
O lastro que escolhemos é de chumbo e pode ser encontrado
com facilidade em casas de caça e pesca. Existem em vários tamanhos e pesos, não
escolha muito pequeno.
Faça um furinho no boneco (ou na rolha, caso tenho feito
essa opção) para acomodar o conjunto de polia parafusando ao brinquedo e outro,
logo abaixo do braço, para prender o arame. O Arame deve ser moldado em formato
semicircular, como na figura, e deve ficar bem firme. Use cola quente.
Prenda o lastro (chumbo de pesca) na extremidade do
arame.
Estique o fio entre dois pontos a uma altura qualquer e
divirta-se!
sábado, 21 de dezembro de 2013
Gerador eletrostático dos sonhos
Hoje tive um estranho sonho com um estranho gerador de Van der Graff. Ele era acionado como um tipo de bicicleta sendo "pedalada".
O sonho me relembrou do um antigo projeto de montar um gerador caseiro com materiais de baixo custo dos modelos "Van der Graff" e "Wimshurst". Alias, minha máquina Wimshurst está desmontada desde 2007, pois foi a última vez que ela funcionou corretamente. Ela precisa de manutenção e acho que o sonho veio a me lembrar disso. Esta aqui é igual:
como montar uma Wimshurst em casa , que ainda não tive tempo de montar em casa, mas dei uma olhada no tutorial e acho que rola.
Máquina eletrostática de Van der Graaff |
Máquina de Wimshurst
No XX SNEF, na Usp -SP, um grupo apresentou uma versão da máquina de Wimshurst : Wimshurst, a máquina eletrostática: Utilização de materiais de baixo custo e possibilidades de inserção/Divulgação da Física experimental. Não achei aqui o artigo, mas achei esse aqui:como montar uma Wimshurst em casa , que ainda não tive tempo de montar em casa, mas dei uma olhada no tutorial e acho que rola.
quinta-feira, 19 de dezembro de 2013
QUESTÕES "NERDS"
Física em Harry Potter?
Algumas questões podem diminuir o fardo de seu conteúdo com alguma coisa bem humorada, não é mesmo? Olha só essa questão onde , literalmente, o assunto ENERGIA ficou mais leve:
Ao
completar 11 anos, Laura recebeu o convite para Hogwarts. O primeiro feitiço que ela aprendeu foi wingartium leviosa, que faz com que as
coisas flutuem no ar. Depois de muita prática, Laura conseguiu fazer uma pena
ficar parada acima de sua mesa, a uma altura de 0,5 m em relação ao solo. Sabendo que a massa da pena é de 0,1 kg e
considerando a aceleração da gravidade 10 m/s2, assinale o tipo de o
valor da energia que a pena possui após Laura realizar o feitiço com sucesso.
a)
energia potencial gravitacional - 0,5 J
b)
energia cinética - 50 J
c)
energia potencial gravitacional - 50 J
d)
energia potencial elástica - 50 J
e)
energia mágica - 500 J
E em "Senhor dos anéis", será que dá?
A cena que imortalizou a frase " Você não pode passar!" ( You shall not pass!) pronunciada pelo mago Gandalf inspirou a questão:
(a) 5,75 kN
(b) 6,25 kN
(c) 7,75 kN
(d) 8,25 kN
(e) 9,50 kN
terça-feira, 17 de dezembro de 2013
móbile de pássaros
Em minha última incursão à maravilhosa cidade de Embú, como é de costume, encontrei minha nova fixação: Móbile articulado. A construção é o primeiro desafio, o segundo é entender como ele funciona. Mas a Física vai, com certeza, dar uma ajuda.
Após pensar um pouco sobre o assunto, pensar em móbile é pensar em Alexander Calder.
Após pensar um pouco sobre o assunto, pensar em móbile é pensar em Alexander Calder.
segunda-feira, 16 de dezembro de 2013
Como fazer um ludião
Em nossa página: Criatura misteriosa é capturada em Botucatu, tratamos de um dispositivo muito utilizado mundialmente para fins didáticos: O mergulhador Cartesiano ou Ludião, como é conhecido no Brasil. O mergulhador Cartesiano apresenta um leque de possibilidades de construção e a que vamos apresentar aqui é apenas uma delas. Você pode procurar outra versão se não gostar desta ou modificá-la com sua criatividade. Originalmente acredita-se que esse tipo de Brinquedo foi inventado por René Descartes para demonstrar a flutuabilidade, portanto o princípio de Archimedes, de Pascal e também a relação entre pressão e volume, que é a lei de Boyle e Mariotte.
O experimento mergulhador cartesiano configura-se colocando um frasco pequeno, fechado, com uma pequena abertura e parcialmente cheio de água em um recipiente maior, também fechado, com flexibilidade ou com algum componente flexível . O frasco menor pode ser como um conta-gotas e o recipiente maior pode ser, por exemplo, uma garrafa PET de refrigerante de um de dois litros com tampa. Não era esse tipo que eu vi quando meu irmão mais velho montou o Ludião em casa. O recipiente utilizado era uma garrafa de leite onde prendia-se um pedaço de bexiga na sua boca larga.
O "mergulho" ocorre quando a parte flexível do recipiente maior é pressionado para o interior, aumentando a pressão no recipiente maior, fazendo com que o "mergulhador" afundar para o fundo até que a pressão é libertada, quando sobe para a superfície.
demonstração do ludião
<em construção>
Não é apenas o suficiente do ar em que o mergulhador para torná-lo positivamente flutuante . Portanto, o mergulhador flutua na superfície da água. Como resultado da lei de Pascal , apertando o recipiente hermético aumenta a pressão do ar, uma parte da qual se exerce pressão contra a água que constitui uma "parede" de o recipiente hermético. Esta água, por sua vez exerce uma pressão adicional sobre a bolha de ar no interior do mergulhador, porque o ar no interior do mergulhador é compressível, mas a água é um fluido incompressível, o volume do ar é reduzida, mas o volume da água não se expande, de modo que a pressão externa o mergulhador a) força a água já no mergulhador ainda mais para dentro e b) conduz a água de fora do mergulhador para o mergulhador. Uma vez que a bolha de ar se torna menor e mais água entra o mergulhador, o mergulhador desloca um peso de água, que é menos do que o seu próprio peso, por isso torna-se negativamente flutuante e pias de acordo com o princípio de Arquimedes . Quando a pressão no recipiente é liberado, o ar se expande novamente, aumentando o peso da água deslocada eo mergulhador volta a ser positivamente flutuante e flutua.
aqui esta o modelo do saci.
Curiosamente, quando pensei em fazer o capetinha do saci e predê-lo dentro da garrafa não sabia que em muitas versões pelo mundo, é um demoninho que fica dentro da garrafa.Rennè Descartes, famoso cientista francês fez um brinquedo a que chamou Ludião. Ludião: Do latim ludio, ludionis, palhacinho, por causa da figurinha oca, que comumente existe, como lastro, em vez do tubinho. O ludião nos permite a verificação do princípio de Arquimedes e nos ensina como um submarino mergulha e flutua. (MARQUES et al, p.126, 1970)
O experimento mergulhador cartesiano configura-se colocando um frasco pequeno, fechado, com uma pequena abertura e parcialmente cheio de água em um recipiente maior, também fechado, com flexibilidade ou com algum componente flexível . O frasco menor pode ser como um conta-gotas e o recipiente maior pode ser, por exemplo, uma garrafa PET de refrigerante de um de dois litros com tampa. Não era esse tipo que eu vi quando meu irmão mais velho montou o Ludião em casa. O recipiente utilizado era uma garrafa de leite onde prendia-se um pedaço de bexiga na sua boca larga.
Para fazer nossa versão você vai precisar de:
01 frasco vazio de amostra de perfume ou ampôla vazia de medicamento ou similares
01 bexiga (vermelha) do tipo "tubinho"
recorte um pedaço da bexiga para servir de tampa, que vai ficar tipo um gorrinho no frasquinho. Coloque um pouquinho de água (mais ou menos a metade do volume do tubinho) e feche.
Agora vamos testar a flutuabilidade. Coloque um pouco de água num copo e coloque o ludião. Ele deve flutuar, portanto faça tentativas até que ele aflore na superfície.
Se for necessário, você deve acrescentar ou retirar pequenas quantidades de água.
O recipiente maior deve estar completamente cheio de água, como você pode ver na demonstração, e devem ser hermética quando fechado. O "mergulhador" está parcialmente cheio com uma pequena quantidade de água, suficiente para permitir que o ar contido no restante lhe permita uma flutuabilidade neutra, mas ainda suficientemente flutuante para que flutue no topo, enquanto sendo quase totalmente submerso.Agora vamos testar a flutuabilidade. Coloque um pouco de água num copo e coloque o ludião. Ele deve flutuar, portanto faça tentativas até que ele aflore na superfície.
Se for necessário, você deve acrescentar ou retirar pequenas quantidades de água.
O "mergulho" ocorre quando a parte flexível do recipiente maior é pressionado para o interior, aumentando a pressão no recipiente maior, fazendo com que o "mergulhador" afundar para o fundo até que a pressão é libertada, quando sobe para a superfície.
<em construção>
Não é apenas o suficiente do ar em que o mergulhador para torná-lo positivamente flutuante . Portanto, o mergulhador flutua na superfície da água. Como resultado da lei de Pascal , apertando o recipiente hermético aumenta a pressão do ar, uma parte da qual se exerce pressão contra a água que constitui uma "parede" de o recipiente hermético. Esta água, por sua vez exerce uma pressão adicional sobre a bolha de ar no interior do mergulhador, porque o ar no interior do mergulhador é compressível, mas a água é um fluido incompressível, o volume do ar é reduzida, mas o volume da água não se expande, de modo que a pressão externa o mergulhador a) força a água já no mergulhador ainda mais para dentro e b) conduz a água de fora do mergulhador para o mergulhador. Uma vez que a bolha de ar se torna menor e mais água entra o mergulhador, o mergulhador desloca um peso de água, que é menos do que o seu próprio peso, por isso torna-se negativamente flutuante e pias de acordo com o princípio de Arquimedes . Quando a pressão no recipiente é liberado, o ar se expande novamente, aumentando o peso da água deslocada eo mergulhador volta a ser positivamente flutuante e flutua.
aqui esta o modelo do saci.
Você vai precisar de:
01 garrafa PET transparente de 600 mL
01 frasco vazio de amostra de perfume ou ampôla vazia de medicamento ou similares
01 bexiga (vermelha) n. 3
água
marques_e_sartori_iniciacao_cientifica_vol1_o_ambiente_e_suas_correlacoes_1970
Lee Karp-Boss, Emmanuel Boss, Herman Weller, James Loftin, et Jennifer Albright.Enseigner les
Concepts Physiques en Océanographie Une Approche Basée sur la Pratique. The Oceanography Society, Français version. 2010 p.28-30
http://www.amigosdaciencia.org.br/default.aspx?section=25&favorite=18&tipoId=2
Lee Karp-Boss, Emmanuel Boss, Herman Weller, James Loftin, et Jennifer Albright.Enseigner les
Concepts Physiques en Océanographie Une Approche Basée sur la Pratique. The Oceanography Society, Français version. 2010 p.28-30
http://www.amigosdaciencia.org.br/default.aspx?section=25&favorite=18&tipoId=2
domingo, 15 de dezembro de 2013
Papai Noel equilibrista
FAÇA SEU ENFEITE DE NATAL: UM PAPAI NOEL EQUILIBRISTA
Entre tantos outros brinquedos de equilíbrio e as diversas
versões que podemos encontrar aqui na internet, esse “post” vai montar um
brinquedo científico cujo funcionamento se baseia nas condições de equilíbrio
de um sistema: posição dos pesos em relação ao ponto de apoio e com uma
temática bem interessante, afinal é Natal. Mas o que é que natal tem a ver com
equilíbrio com brinquedos científicos? Natal lembra Papai Noel, não é mesmo?
Pois é, vamos ensinar como fazer um Papai Noel equilibrista que além de servir
de enfeite, é um brinquedo e além de brinquedo ensina um pouco de Física.
O material que você vai precisar é bem fácil de conseguir. O
molde para fazer o seu enfeite de Natal, que é um brinquedo científico também,
está disponível neste link:
Imprima o documento e a seguir, passo-a-passo, siga o
tutorial:
Cole a base (figura 1) naquelas detestáveis bandejas de isopor que acondicionam frios vendidos nos mercados ou num papel grosso, desses de caixas de
embalagens, mas pode ser papel cartão ou cartolina. Deixe a cola secando e
prepare as partes avulsas do Noel com Feltro. A barba, os detalhes do gorro e
as luvas podem ser brancas e o gorro, vermelho (figura 1). Se preferir, apenas pinte e faça do seu jeito. Aqui é só uma sugestão.
Recorte as partes e cole na base, conforme o modelo, usando
cola quente. Já ficou legal, né? (figura 2).
Figura 2. Papai Noel com os detalhes, em feltro, colados na base do molde. |
Mas onde é que está o equilíbrio?
Imagine então coloca-lo em equilíbrio na ponta de uma caneta e na VERTICAL!!!
Pois esse é o nosso desafio, mãos à obra!
Pegue o seu brinquedo e prenda duas moedas de 10 centavos em
cada mão dele, usando uma fita adesiva ou um clip. Agora o coloque na ponta do
seu dedo e veja o que acontece. Experimente coloca-lo em equilíbrio na ponta de
um lápis ou de uma caneta. Agora é com você, escolha um lugar legal pra colocar
seu enfeite ou, se preferir, construa um suporte bem caprichado pra ele ficar
exposto. (figura 3)
Figura 3. Enfeite de Natal que também é um brinquedo científico de equilíbrio |
Mas como isso acontece? Como funciona esse brinquedo
científico?
Veja, nas mãos do nosso papai Noel nós colocamos duas moedas
de massas iguais. Elas estão simétricas em relação ao queixo do Noel, que é o
ponto de apoio do nosso brinquedo. Se repararmos bem, essas duas moedas estão
abaixo do queixo do Noel e, portanto, um pouco abaixo de seu ponto de apoio. É
justamente isso que confere o equilíbrio
do brinquedo. O funcionamento tem como base o conceito de centro de massa de um
corpo. O equilíbrio de um corpo depende de onde se “concentra” a massa de um
corpo, digamos. Quando deslocamos o centro de massa de um corpo mais para baixo
de seu ponto de apoio, conseguimos mais estabilidade e fica mais fácil obter o
equilíbrio.
Em 1860,
Faraday em seu
livro: “Course of six lectures on
the various forces of matter and their relations to each other” escreveu no primeiro capítulo, “the force of
gravitation”:
Assim Faraday (1860) se desculpa por ter adiado duas vezes sua palestra de abertura, por estar doente e debilitado, mas agora o faz, prometendo dar o melhor de si e que, “embora possa oferecer apenas palavras, se esforçará para substituir o que tenta expressar com ilustrações”. Em sua introdução ele diz que nada é mais comum do que as condições que nos possibilitam ficar em pé, que é uma coisa fundamental para nossa existência.Isso me entristece muito a pensar que eu possa ter sido a causa de perturbação em seus arranjos de Natal, pois não há nada mais satisfatório do que executar o que eu empreender com minha mente, mas essas coisas nem sempre ocorrem da forma como a gente quer e devemos nos submeter às circunstâncias em que elas acontecem (Faraday, p.13, 1860) [Tradução nossa].
Os “poderes maravilhosos” que nos conferem a proeza de ficar
em pé, ainda que desajeitadamente, sobre duas pernas são chamadas de forças
físicas. A força gravitacional é uma
dessas forças e sua ação sobre a matéria que constitui os corpos é estudada
pelo que chamamos centro de gravidade. É como certo ponto no meio de um corpo
que pode ser considerado como o único ponto em que todo o seu peso está centrado
(FARADAY, 1860).
Uma forma simples de se obter o centro de gravidade de um
pedaço de papelão, proposto por Faraday (1860), é furar um canto do pedaço de
papelão e suspendê-lo verticalmente por um fio amarrado nesse furo ou prendê-lo
com um alfinete ou ainda, prender um barbante com fita adesiva nesse ponto. (figura 4)
Na prática, usamos na figura abaixo um cartão recortado num formato determinado e executamos esse procedimento (figura 5)
Figura 5. Cartão suspenso verticalmente e o prumo. Nessa montagem, o
cartão está suspenso por um barbante que foi preso ao ponto de sustentação com
fita adesiva.
|
O centro de gravidade pertence a essa linha de prumo, basta
então que eu trace uma reta no cartão exatamente ai onde vemos o barbante, ou
seja, correspondente à corda como visto na figura acima (figura 5)
Agora
a questão é: O centro de gravidade está na reta, mas em qual ponto? Para
descobrir isso, tudo que temos a fazer é pendurar o cartão em outro ponto e
repetir o procedimento, conforme a figura abaixo (figura 6):
Figura 6. Traçado do centro de gravidade no cartão: O cruzamento entre a s linhas demarcadas que
correspondem ao prumo é, aproximadamente, o centro de gravidade
|
Repetindo o procedimento anterior e traçando a linha
correspondente ao prumo, teremos, na intersecção das retas traçadas o ponto
aproximado onde o cartão fica em equilíbrio é o seu centro de gravidade. Entretanto, o equilíbrio não é estável. Para tornar o equilíbrio de um corpo estável,
o próprio Faraday (1860) nos dá um
exemplo. E esse exemplo dado por ele, que
nos motivou a escrever esse procedimento para o brinquedo científico também é
um brinquedo.
Penso que um brinquedo que eu vi outro dia serve para ilustrar o nosso assunto muito bem. Esse brinquedo deveria ficar na posição determinada na figura 5 se sua substância fosse uniforme, o que não ocorre, pois ele vai se levantar de novo. E agora a Física vem ao nosso auxílio, e eu estou perfeitamente certo, mesmo sem olhar dentro do brinquedo, que há algo alterando o centro de gravidade, ocupando o ponto mais baixo quando o brinquedo está em pé, e podemos nos certificar de que quando eu o inclino como na figura 6, o que estou fazendo é levantar o centro de gravidade (a), e elevando-o da terra. Tudo isto é efetuado colocando um pedaço de chumbo no interior da parte inferior do brinquedo, e que torna a base de grande curvatura, e não tem todo o segredo.
Mas o que vai acontecer se eu tentar fazer com que a figura em pé sobre uma ponta afiada? Você observa Devo começar esse ponto exatamente sob o centro de gravidade, ou ele vai cair assim [se esforça em vão para equilibrá-lo], e isso que você vê é uma questão difícil, não posso fazê-lo sobressair de forma constante, mas se eu embaraçar esta pobre velha senhora com um mundo de problemas, e pendurar este fio com balas em cada extremidade sobre seu pescoço, é bem evidente que, devido à existência aqueles bolas de chumbo pendurado para baixo em ambos os lados, em Além da liderança no interior, eu abaixei a centro de gravidade, e agora ela vai ficar em cima.
Da mesma forma, as moedas colocadas em cada uma das mãos de nosso Noel ficam abaixo de seu ponto de sustentação e ele permanece em equilíbrio estável. Espero que tenham gostado e recomendo a confecção do Papai Noel que disponibilizamos aqui. As crianças gostam dessas coisas, vocês sabem, e olha como fica bacana com outros enfeites de Natal:As cargas de chumbo de pesca colocadas nas extremidades do arame que passa pelo pescoço da velha senhora baixaram o centro de gravidade em relação ao ponto de apoio. Neste ponto de apoio (figura 7) temos a comprovação e validade dos princípios da Física(FARADAY, 1860) [tradução nossa]
sábado, 14 de dezembro de 2013
Equilíbrio
Introdução
Quando se fala em equilíbrio podemos estar
nos referindo a várias coisas, equilíbrio emocional, equilíbrio químico,
equilíbrio ecológico, equilíbrio estático. Sem querer desequilibrar a
importância de todos esses exemplos de equilíbrio que foram expostos, gostaríamos,
por razões óbvias, de tratar desse último: O equilíbrio estático.
Pra começar este pretensioso artigo, dada a
enorme responsabilidade em tratar de um tema dessa envergadura, matutei por um
tempo, hesitando em fazer a introdução.
O motivo, sem exageros, é que há muita coisa a ser dita e muitos cientistas e pensadores que contribuíram para o tema, mas o primeiro deles que e a primeira coisa a ser dita é consensual que seja Arquimedes e a alavanca. Uma homenagem interessante que foi feita a ele, a meu ver, é do artista Kapil Bhagat:
Figura 1. Archimedes, por Bha disponível em: acesso:04/04/2013
Lembrando o que nos brindou Gamow (p.41-42,
1963), Simon Stevin (Stevinus, em latin), ampliando os trabalhos de Arquimedes
sobre o equilíbrio estático, propôs a solução para o problema do equilíbrio em
um plano inclinado:
Uma corrente formada por um grande número de bolas de metal (nós chamaríamos de hoje de rolamentos esféricos) é colocada sobre um suporte em forma de prisma com lados muito lisos (“sem atrito”). Que acontece? Como há mais bolas do lado direito (mais longo) do que do seu lado esquerdo (mais curto), poder-se-ia pensar que, por causa da diferença entre os pesos, a corrente começaria a mover-se da esquerda pra a direita. Mas, como a corrente é contínua, esse movimento jamais cessaria e a corrente rolaria ininterruptamente para sempre (GAMOW, P.41-42, 1963)
Stevinus descartou essa possibilidade de moto
perpétuo e postulou seu equilíbrio estático com base no fato de que as forças
atuantes nos corpos, nessas condições, são diretamente proporcionais aos senos
dos ângulos de inclinação desse plano. Essa solução é conhecida por corrente
sem fim “epitáfio de Stevinus”
Achei também um vídeo interessante que permite uma boa reflexão sobre a questão:
Conforme já foi dito, devido à importância do assunto e os seus arquitetos e sua relevância em Física, optamos por "dividir" em alguns tópicos, numa tentativa de atender os leitores e "artesãos de ciência", dando-lhes maior flexibilidade na manipulação do texto e o que ele propõe. As postagens são aleatórias, mas as que se relacionam estão com marcadores.
Referências Bibliográficas
BHAGAT, K. Scientists Minimalist Posters: Archimedes. 2013, disponível em: http://www.123inspiration.com/scientists-minimalist-posters-by-kapil-bhagat/ acesso em 04/04/2013GAMOW, G. Biografia da Física. Rio de Janeiro: Zahar, 1963
sexta-feira, 13 de dezembro de 2013
Campo magnético: Vendo o invisível
O campo magnético, ou linhas de indução gerado pelos polos de um imã pode ser visualizado com um experimento simples em 3D, cujo efeito visual é bem bacana e é relativamente fácil de fazer. Veja as instruções em vídeo clicando aqui
quinta-feira, 12 de dezembro de 2013
Pica-pau de brinquedo
Acho interessante como alguns brinquedos de minha infância resistem ao tempo e podem ser encontrados até hoje. Sempre gostei desses tipos de brinquedos folclóricos e populares que se movimentam, como o caso do pica-pau oscilante, que todos devem conhecer (figura 1). Este está comigo há um tempão e você já vai perceber por que dedicar essa postagem pra ele. É, ele ensina Física.
Figura 1. Pica-pau: Brinquedo popular feito de madeira. |
Como funciona?
O Pica-pau é um brinquedo com comportamento dinâmico interessante, onde a gravidade, a força elástica e a força de atrito trabalham juntas para manter o movimento de descida vertical. Ele é composto por um mancal, uma mola e o pica-pau. O furo do mancal é ligeiramente maior do que o diâmetro da haste metálica, que é o que permite a interrupção do movimento, devido ao atrito com as partes desse mancal. A haste é disposta verticalmente sobre uma base e no caso de nosso exemplo (figura 1), uma régua de 30 cm fica presa à base.
Para iniciar o movimento desse brinquedo científico, primeiro elevamos o pica-pau até o topo. Quando um corpo é elevado da superfície da Terra ele adquire uma forma de energia mecânica que é chamada de EnergiaPotencial Gravitacional. Essa forma de energia depende, portanto, da altura que um corpo está em relação ao solo.
Assim, o pica-pau ganha energia potencial gravitacional quando nós o elevamos pela haste de arame até o topo.
Em seguida, o próximo passo é tirar o pica-pau da posição de repouso, esticando um pouco a mola e afastando seu corpo do mancal (figura 2).
Enquanto mantemos o pica-pau nesta posição, ele também adquire uma outra forma de energia chamada Energia potencial elástica. A energia potencial elástica é basicamente a energia que um corpo adquire em proporção ao que se estica ou comprime uma mola.
Na posição destacada da fig.2, note que a mola esticada possui essa energia e tende a trazer o pica-pau de volta, da posição B para A. Abandonando o pica-pau dessa posição vertical ele não desce em queda livre, e sim, oscilando de um ponto (A) para outro (B). Esse brinquedo é um sistema que só pode operar na presença de atrito, uma vez que se baseia em impactos combinados e bloqueio (figura 3-a).
A cada “bicada” que o pica-pau dá e executa o vaivém, existe uma posição em que o brinquedo fica livre pra dar “uma descida”(figura 3-b) . Enquanto o pica-pau desce (figura 3-d) sua energia potencial gravitacional se converte em Energia Cinética, pois essa energia depende da velocidade.
Os ângulos absolutos de rotação do pica-pau e o mancal, respectivamente, determinam o deslocamento vertical do mancal e, portanto, a descida. Devido à folga entre o mancal e a haste de metal, o bordo inferior ou superior do mancal pode entrar em contato com a haste limitada aos pontos 2 e 3 (figura 3-a). Além disso, o contato entre o bico do pica-pau com a haste é expressa pela restrição 1, embora essa restituição do bico conforme indicada na figura 3 não seja essencial para um movimento periódico ela amplia a semelhança com o comportamento típico de um pica-pau. O movimento do brinquedo se encontra disposto de forma a reduzir sua liberdade, controlar o movimento (LEINE et al, 2001).
Figura 2. Iniciando o movimento oscilatório do pica-pau: Afasta-se o pica-pau da posição A até a posição B, esticando a mola presa ao mancal. |
Na posição destacada da fig.2, note que a mola esticada possui essa energia e tende a trazer o pica-pau de volta, da posição B para A. Abandonando o pica-pau dessa posição vertical ele não desce em queda livre, e sim, oscilando de um ponto (A) para outro (B). Esse brinquedo é um sistema que só pode operar na presença de atrito, uma vez que se baseia em impactos combinados e bloqueio (figura 3-a).
A cada “bicada” que o pica-pau dá e executa o vaivém, existe uma posição em que o brinquedo fica livre pra dar “uma descida”(figura 3-b) . Enquanto o pica-pau desce (figura 3-d) sua energia potencial gravitacional se converte em Energia Cinética, pois essa energia depende da velocidade.
Figura 3 |
Uma outra observação
Olhando atentamente na foto você pode perceber que na base do
brinquedo existe uma régua, não é? Quando despachamos o pica-pau do ponto mais
alto do seu curso, que é o zero da régua, pássaro desce bicando, ou seja, ele
oscila de um ponto à outro. E ai é que temos uma outra coisa, sob o ponto de vista da Física, para observar.
Na verdade podemos perceber ouvindo. Durante a descida, o som denuncia que rapidez com que o pássaro desce não aumenta e nem dinimui ou seja, fica constante, o que foi observado também por Carvalho Neto (2011):
“(...) mantendo uma velocidade de queda praticamente constante”.
O que isso quer dizer? Em Física, chamamos de movimento
uniforme quando a velocidade não muda, quer dizer, quando fica constante. Uma
observação mais cuidadosa permite que se perceba que ele desce um certo espaço
sempre levando o mesmo tempo. Podemos dizer que ele percorre espaços iguais em
tempos idênticos e que assim sua velocidade é constante em todos os trechos. E
ainda, como sua trajetória é vertical, limitada pelo arame que lhe guia,
podemos chamar esse movimento de Movimento Retilíneo e Uniforme.
Considerações finais e uma proposta de construção no estilo "magnetworker"
Talvez você não tenha achado muito interessante a análise do brinquedo ou meio enfadonha a postagem, então vamos propor a construção do seu próprio pica-pau, bem fácil e divertido.
Ele é baseado na criação do artista e designer Joel Henriques (2013), que também é um science toy maker. Acesse a página clicando aqui
Referências bibliográficas
BILLIARDS, Dave. Toy Physics - Part 1: Woodpecker on Pole. 2008. Disponível em http://www.youtube.com/watch?v=s3YSnNAIHDg#t=11, acesso em 10/12/2013
CARVALHO NETO, Cassiano Zeferino.
Paradigmas, tecnologias e complexmedia dedicada à gestão do conhecimento. Tese
de doutorado (modalidade engenharia e gestão do conhecimento) .Centro
Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, SC, 321 p., 2011
LEINE, R.I., VAN CAMPEN, D.H and GLOCKER, Ch., Nonlinear dynamics and modelling of various wooden toys with impact and friction, Journal of Vibration and Control, Vol. 9, pp. 25-78, 2003 PDF (2753kb)
HENRIQUES, J. The osciliating woodpecker. (Other title of youtube Channel: Paper woodpecker toy). 2010. Disponível em http://www.sciencetoymaker.org/bird/index.html, acesso em 10/12/2013.
Assinar:
Postagens (Atom)