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:

Santa Claus balance.

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”:

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].

 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.

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)

Figura 4. Maneira simples de se obter o centro de gravidade de um cartão: O cartão fica disposto verticalmente com um alfinete colocado em um dos furos feitos em suas extremidades e o prumo, que nada mais é do que um barbante com um peso amarrado na extremidade.

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.

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]

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: