Economia de Força
II
Objetivo
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O objetivo deste experimento é
ilustrar, através de um plano inclinado, formas de se realizar o
mesmo trabalho economizando força.
Contexto
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Uma pessoa na rua está segurando
a faixa de uma loja. Esta pessoa trabalha oito horas por dia sem se deslocar.
Será que realmente ela está trabalhando? No cotidiano, sim.
Mas, na Física, a palavra trabalho está associada a um deslocamento
que uma força produz em um objeto. Portanto, no sentido físico,
certamente que não.
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"O trabalho de uma força é
uma maneira de medir a quantidade de energia transferida, ou transformada,
de um sistema para outro ou, em certos casos, a quantidade de energia transformada
dentro de um mesmo sistema. O trabalho realizado por uma força constante
corresponde ao produto da intensidade da força na direção
do deslocamento pela intensidade do deslocamento".
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Em uma construção, quando
uma pessoa puxa uma corda que eleva um balde até uma certa altura,
uma força é feita no balde para que ele seja deslocado. Essa
força provocando um deslocamento corresponde ao trabalho realizado
pela força aplicada na corda.
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Fisicamente, há uma transferência
de energia da pessoa para o balde. Essa quantidade de energia transferida
fica armazenada no balde sob a forma de energia potencial gravitacional.
Aqui está o verdadeiro significado físico de trabalho: o
deslocamento provocado pela aplicação de uma força
é responsável pela transferência de energia. A transferência
de energia neste caso é: homem -> energia potencial gravitacional
do balde. E se a corda for solta, essa energia potencial gravitacional
se transformará em energia cinética durante a queda. Neste
caso, a transferência de energia é: energia potencial gravitacional
do balde -> energia cinética do balde.
Idéia do Experimento
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A idéia do experimento é
verificar que com o uso adequado de um plano inclinado, pode-se realizar
o mesmo trabalho fazendo-se menos força. O trabalho em questão
é levantar um caixa a uma determinada altura.
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O experimento consiste em utilizar
duas rampas feitas com papelão, uma caixa de "chá mate",
barbante, suportes, dinamômetro e massas. Para iniciar o experimento,
as duas rampas devem estar montadas de acordo com a figura na seção
Esquema Geral de Montagem.
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Coloque as massas dentro da caixa e
agora, sempre com a mesma velocidade e usando o dinamômetro, levante
a caixa até a altura dos suportes de três modos: primeiramente
sem o uso das rampas, depois na rampa mais curta (de maior inclinação)
e finalmente na rampa mais longa (de menor inclinação). O
que se observa no dinamômetro é que a força necessária
para o levantamento é cada vez menor, enquanto a distância
percorrida pela caixa é cada vez maior. Assim, o mesmo trabalho
é feito usando-se de menos força, pagando-se o preço
de se percorrer uma distância maior.
Tabela do Material
Item
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Observações
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2 pedaços de papelão
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Os papelões serão usados para formarem
rampas.
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suportes
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Os suportes são utilizados para elevarem
as rampas. Deverão ser iguais para ambas as rampas.
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caixa
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Utilizamos uma caixa de "chá mate",
de 200 g, do tipo granel. |
massas
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Qualquer material para pôr nas caixas. Por exemplo: massa
de modelar, moedas, etc... |
barbante
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dinamômetro |
Veja o anexo. |
fita adesiva |
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Montagem
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Corte uma das rampas de papelão
com 60 cm de comprimento e a outra rampa com 30 cm.
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Faça dois suportes de mesmo
tamanho e formato, se possível com os mesmos materiais para ambos.
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Coloque uma das rampas em um suporte
e a outra no outro.
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Fixe com fita adesiva as rampas na
borda dos suportes, para que estas não se desloquem.
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Fure dois lados da caixa de chá.
Passe uma das extremidades do barbante nos furos e amarre-o na outra ponta.
Este arranjo deverá ficar parecendo uma sacolinha.
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Coloque massas na caixa.
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Com o uso do dinamômetro, levante
a caixa até que seu fundo atinja o topo dos suportes de 3 modos:
sem a rampa nenhuma e depois usando cada rampa.
Esquema Geral de Montagem
ANEXO
DINAMÔMETRO
Se você possuir dinamômetro,
use-o. Se não tiver, faça este dinamômetro, que é
bem simples e fácil de montar. Neste experimento sugerimos determinados
materiais para a construção de um dinamômetro,
mas materiais similares podem ser usados também, com sucesso.
Tabela do material
Item |
Observações |
um cano de metal |
Utilizamos um cano de alumínio de antena de tv. |
uma borrachinha de dinheiro |
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um alfinete |
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um pedaço de canudo para refrigerante |
O canudo utilizado é do tipo mais largo. |
arame |
Um pedaço de arame dobrado em dois, de modo que, encaixe no
canudo. |
um clips |
Para prender folhas de papel. |
um pedaço de papel |
O papel é usado para graduar o dinamômetro. |
elástico |
Utilizamos um elástico de dinheiro. |
Montagem
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Corte o cano de metal com aproximadamente
17cm (Figura A).
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Corte o canudo com um comprimento aproximado
de 10cm.
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Coloque uma das extremidades do elástico
dentro de uma das extremidades do canudo. Fixe o alfinete no canudo, de
forma que, o elástico e o canudo fiquem presos.
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Corte uma tira de papel que possa ser
colada no canudo.
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Faça uma escala graduada em
centímetros no papel cortado. Fixe com uma fita adesiva o papel
no canudo.
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Na outra extremidade do canudo, coloque
o arame dobrado ao meio. O arame deverá ficar encaixado dentro do
canudo, como se fosse um "anzol" (Figura B).
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Coloque a outra extremidade do elástico
encaixado no clips de acordo com a montagem abaixo.
Coloque o conjunto feito com o
canudo, o elástico e o gancho dentro do cano de metal. Este ficará
preso pelo clips na extremidade do cano (Figura C).
Esquema Geral de Montagem
Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia
- UNESP/Bauru
FCB/FCL