61Física na Escola, v. 7, n. 2, 2006

AerobalançaUm simples sopro pode desequi-

librar uma balança. E um vendavalpode destelhar uma casa! Descubracomo isso é possível e muito mais.

Material

• régua• caneta marcadora• copinho descartável• fita crepe• canudinho• secador (ar frio)

Passo a passo

Fixe com fita crepe a caneta na ex-tremidade de uma mesa e o copinhona régua como indicado. Ajuste a ré-gua de modo que ela fique equilibradana horizontal. Posicione o canudinhopouco abaixo do topo do copinho esopre. O que acontece com a régua?

Explorando novas possibilidades1) Coloque a régua sobre a mesa.

O que você sente quando coloca o dedoatrás do copinho?

2) Construa uma casinha de pa-pelão e utilize como telhado um pe-daço de folha de papel dobrada ou umpedaço de cartolina formando um ar-co. Posicione o secador de cabelos nahorizontal abaixo da cumeeira e acio-ne o secador (ar frio). O que acontececom o telhado? Você acaba de de-monstrar porque os vendavais são tãoperigosos.

AerofatosO fluxo de ar que sai do canudinho

ou do secador de cabelos tem umavelocidade praticamente na horizontal.Se não houvesse nenhum obstáculo, oar tenderia a se mover em linha retadevido à sua inércia. Ao encontrar umasuperfície o fluxo de ar tende a contorná-la formando uma camada de ar em mo-vimento próxima à superfície, desde quea velocidade do ar não seja muitogrande. Esta tendência é chamada efei-to Coanda. O ar em movimento nãopode ser visto simplesmente como umacoleção de bolinhas independentes quedefletem quando se chocam contra asuperfície. As moléculas do ar interagementre si e com a superfície. Paracontornar o obstáculo, o fluxo de ar

precisa mudar de direção- o que requer uma força.Essa força está associadaa uma menor pressão notopo do copinho e no “te-lhado” em relação à pres-são atmosférica. No casoda aerobalança, a menorpressão no topo do copi-nho em relação à parte

Aerodescobertas

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São apresentados quatro experimentos de aero-dinâmica que permitem visualizar o efeitoCoanda, o princípio de Bernoulli e a sustenta-ção de perfis aerodinâmicos. Esses experimentosfazem parte do livro "Aerodescobertas -Explorando novas possibilidades", recentementelançado pela Fundação Ciência Jovem (www.cienciajovem.org.br), que apresenta váriosoutros projetos e experimentos de aerodinâmicade baixo custo, como elicópteros de balão e deelástico, aviôes de papel, bumerangues, apitosde garrafa PET e oboés de canudinho.

Eduardo de Campos ValadaresDepartamento de Física, UniversidadeFederal de Minas Gerais, BeloHorizontee-mail: divertida@cienciajovem.org.br

Alfredo Luis MateusDepartamento de Química,Universidade Federal de Minas Gerais,Belo Horizontee-mail: almateus@cienciajovem.org.br

Juares Dutra da SilvaDepartamento de Física, UniversidadeFederal de Minas Gerais, BeloHorizontee-mail: juares@cienciajovem.org.br

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62 Física na Escola, v. 7, n. 2, 2006

Asas Para Voar

Teste várias asas antes de arriscarum vôo!

Material

• tira de papel 3 x 9 cm• 2 pedaços de canudinho• arame fino• prego pouco mais fino que o ca-

nudinho• cola branca• fita adesiva ou fita crepe• secador de cabelos (ar frio)

Passo a passo

1) Dobre a tira na linha tracejada

e cole as extremidades da tira paraobter a asa.

2) Molhe a ponta do prego parafazer os furos para encaixe dos canu-dinhos (guias).

3) Com o arame faça uma estru-tura de suporte para a asa que a per-mita deslizar facilmente na vertical.

4) Posicione o secador de cabeloscomo indicado e ligue-o (ar frio). In-cline a asa aos poucos e observe o queacontece quando o ângulo de incli-nação (“ângulo de ataque”) aumenta.

Explorando novas possibilidades

1) Coloque pequenos pesos dentroda asa e incline-a gradualmente. Vocêconsegue manter o conjunto sus-penso?

2) Interrompa por alguns instan-tes o fluxo de ar que incide na asa

Aerodescobertas

colocando a mão na frente da saídade ar e retirando-a rapidamente parasimular efeitos de turbulência noavião. O que acontece quando vocêaumenta muito o ângulo de inclina-ção da asa? Teste asas com diferentesperfis antes de construir seu avião!

Aerofatos

A velocidade do ar que sai do se-cador de cabelos tem praticamenteapenas uma componente horizontal.Para o ar poder contornar a asa é pre-ciso que nele atue uma força perpen-dicular à sua velocidade. O mesmoocorre com uma borracha girando emcírculos presa à ponta de um barban-te. A asa é um obstáculo para o ar emmovimento semelhante ao copinho daAerobalança. O ar ao incidir na dian-teira da asa é desacelerado, gerandoali uma região de sobre-pressão. Emtorno da asa a pressão é predominan-temente negativa em cima dela e pre-dominantemente positiva debaixodela, tomando-se a pressão atmos-férica como referência. Essa diferençade pressão em cima e em baixo da asaé responsável pela sustentação dosaviões. A inclinação da asa é funda-mental para a sua sustentação, já queo ar ao ser forçado a contorná-la temde “descer” tanto na parte de cima

quanto na parte de baixoda asa, ou seja, ele éacelerado para baixo emambos os casos. A asa,por reação, tende a seracelerada para cima, con-trabalançando assim opeso do avião. Para reali-zar acrobacias aéreas, ospilotos, mesmo com aaeronave “de cabeça parabaixo”, têm de garantir a

debaixo do mesmo, ondeo ar está parado, gera odesequilíbrio observado.No interior da casa, a pres-são é maior do que apressão externa que atuano telhado exposto à“ventania”. Observe qualdos telhados “destelha”mais facilmente. Se o artende a contornar o telha-

do, qual deveria ser a reação do telhadoao vento? Você já observou que as lonasdos caminhões tendem a “inchar”?Observe outros efeitos do ar em movi-mento sobre obstáculos parados ou doar parado sobre obstáculos móveis,como aviões (veja Asas para voar) ecarros de corrida (note que eles têmasinhas inclinadas para baixo, aocontrário dos aviões, cuja função éaumentar a adesão dos pneus à pista).

63Física na Escola, v. 7, n. 2, 2006

RotorQue tal construir um rotor de

papel que gira e voa ao mesmo tem-po?

Material

• folhas de papel A4• fita adesiva

Passo a passo

Dobre o papel como indicado,tomando como referência uma tira de2 a 2,5 cm de largura. Forme umaaba com 7 ou mais dobras. Para obterum cilindro de papel fixe as suasextremidades com fita adesiva.

É possível dobrar o papel a partirdo lado mais largo. Variando a direção

de dobradura e o número de dobras,você pode obter rotores dos maisdiferentes tamanhos.

Como usar

Para testar o desempenho do seurotor, segure-o pela aba e faça-o girarcom a mão arremessando-o aomesmo tempo. Descubra qual rotortem o maior alcance horizontal ou omaior tempo de vôo. Como o númerode dobras e o raio do rotor afetam oseu desempenho?

Explorando novas possibilidades

Você pode simplificar a operaçãodo seu rotor. Se usar aletas, não pre-cisará girá-lo. Basta arremessar o ro-

tor que ele passa a girar (veja a figura).Aletas distribuídas regularmente emtorno da aba e inclinadas em relaçãoao eixo do rotor permitem que ele gireautomaticamente tão logo seja arre-messado. Siga as instruções abaixopara obtê-las e fixá-las no corpo dorotor.

Como obter 3 aletas

Recorte no papel um retângulo2,5 x 4,5 cm. Recorte a linha contínuapara encaixar as aletas debaixo dasdobras de papel (aba do rotor) e dobrea extremidade dos triângulos indicadapela linha tracejada para fixação naparede externa do rotor. Recorte umtriângulo adicional para obter umaterceira aleta. Use cola, fita adesiva oufita crepe para fixar as aletas no ro-tor como indicado, mantendo-asigualmente espaçadas em torno daaba.

Aletas de fita crepe

Existe uma forma bem simples dese obter aletas. Basta dobrar pedaçosiguais de fita crepe e fixá-los no corpodo rotor, na mesma posição das aletasde papel, conforme indicado.

Aerodescobertas

inclinação das asas para manter asustentação do avião. Quando oângulo de inclinação da asa ultrapas-sa um valor crítico, surge turbulên-cia e o ar que contorna a parte de ci-ma das asas se “descola” delas for-mando bolsões de ar turbulento quegeram instabilidade e menor susten-tação. No modelo de asa sugerido, asua parte de baixo é plana e a de cimacurva. Existem diversos outros tiposde perfis de asas que proporcionam

sustentação. Testes realizados em tú-neis de vento demonstram que a velo-cidade do ar na parte de cima da asa émaior do que na parte de baixo. Con-tudo, ao contrário de explicações cor-rentes sobre a sustentação de aerona-ves, o ar que se divide em uma extre-midade da asa não chega ao mesmotempo na outra extremidade. A forçade sustentação depende da densidadedo ar (quanto maior a altitude, menosdenso é o ar), da inclinação e formato

da asa e da velocidade do avião (o efei-to conjugado de duas asas tambémdeve ser levado em conta). A compo-nente horizontal da força de susten-tação é responsável pelo efeito dearraste (resistência do ar ao avançodo avião). Os projetistas de aviões pro-curam conceber perfis aerodinâmicospara as asas e para o avião como umtodo que minimizem a força de arras-te, de modo a gerar economia de com-bustível.

64 Física na Escola, v. 7, n. 2, 2006Aerodescobertas

Aerofatos e desafios

Ao dobrar o papel, você controla adistribuição de massa do rotor, concen-trando-a na aba. Fixe um pedaço delinha na parede do rotor, próximo àaba, e mantenha o rotor suspenso se-gurando a outra extremidade da linha.Mude o ponto de fixação da linha atéque o rotor fique na horizontal (o pon-to correspondente no eixo do rotor co-incide aproximadamente com o seucentro de massa). Descubra se existeuma relação entre a posição do centrode massa do rotor (tente versões commais e menos dobras) e o seu desem-penho (maior tempo de vôo ou maioralcance horizontal). O giro do rotor lheconfere uma grande estabilidade. Omesmo ocorre quando você anda de

bicicleta. Enquanto pedalar, você nãocai! Tente arremessar o rotor (sem ale-tas) evitando girá-lo e compare o seudesempenho combinando giro e arre-messo. Descubra também como adisposição das aletas é fundamentalpara fazer o rotor girar. Quando o ro-tor gira, ele também faz o ar em tornodele girar formando vórtices. O queaconteceria se as aletas fossem fixadasdentro do rotor? Como seria o seu de-sempenho? Nesta posição elas ajudamou atrapalham? Por que? Explore àvontade o seu novo invento.

Ventoinha que LevitaSegure pela extremidade uma fo-

lha de papel de frente para você e so-pre. O que acontece? Segure agoraduas folhas de papel, de modo que elasfiquem paralelas, e sopre no espaçoentre elas. Algo surpreendente acon-tece! Aproveite esta descoberta parafazer uma ventoinha muito especial.

Material

• cartolina• papelão• percevejo• fio fino encapado (capa do fio)• canudinho flexível• tesoura, régua, caneta, transfe-

ridor e/ou compasso (opcional)

Passo a passo

1) Recorte no papelão um discocom 1,5 a 2 cm de raio. Fure o centrodo disco com a ponta de um lápis oucaneta (ou prego) e aumente o tama-nho do furo para encaixe justo do ca-nudinho, cuja extremidade deve ficarrente à face mais lisa do papelão.

2) Recorte na cartolina um qua-drado e marque o seu centro. Utilizeo molde ao lado. Faça um corte nalinha contínua (entre 0,5 cm a 1 cm)e dobre a cartolina na linha ponti-lhada.

3) Fure o lado oposto da cartolina(centro) com o percevejo. Para fixá-loutilize a capa do fio e “encape” opercevejo (“eixo” da ventoinha).

65Física na Escola, v. 7, n. 2, 2006

Como funciona

Encaixe o eixo da ventoinha (per-cevejo encapado) na extremidade docanudinho, de modo que a cartolinafique em contato com o papelão. Como dedo mantenha a ventoinha suspen-sa e sopre no canudinho (não pressio-ne a ventoinha!). Assim que a ventoi-nha começar a girar, retire o dedo.Você consegue levitá-la com o seu so-pro? Se soprar mais forte, o que acon-tece? O truque funciona quando vocêpára de soprar?

Por que funciona?

Por que a ventoinha não gruda nopapelão quando ela levita? (Dica:inverta a ventoinha como mostradona figura.) Descubra também porqueela gira. (Dica: se você não dobrar a

cartolina e colocar apenas o “eixo” nocentro do quadrado, o que acontecequando você sopra no canudinho?)Tente fazer ventoinhas menores(recorte na cartolina quadrados comlados entre 6 e 9 cm). Diminua tam-bém o diâmetro do disco de papelãopara que a ventoinha possa girar.Qual delas gira mais rápido? Por que?

Novos modelos

Tente fazer ventoinhas diferentes.Que tal uma ventoinha triangular?Basta recortar na cartolina umtriângulo eqüilátero (3 lados iguais).Ache o centro do triângulo para fixaro “eixo” da ventoinha. Tente tambémmateriais diferentes (papel, papelplastificado, isopor liso, embalagens,etc). Você também pode decorar suaventoinha com um ”disco de Newton”– trace linhas radiais a partir do centroda ventoinha e utilize lápis de cor paracolorir o espaço entre duas linhas comuma cor diferente. Veja o que acontececom as cores quando a ventoinha gira.Dê asas à imaginação e divirta-se!

Ventoinha com secador de cabelos

Se você está sem fôlego, eis umaboa alternativa!

Material

• papelão• palito de dentes• secador de cabelos (ar frio)• fita crepe

Passo a passo

Recorte um quadrado no papelãopara fazer a ventoinha (veja a figura)e um disco menor com um furo no

centro para encaixe justo do secador(se necessário, passe fita crepe emtorno do secador). Fixe no centro daventoinha o palito de dentes (guia).Agora é só colocar a ventoinha emcontato com o disco de papelão fixadono secador e ligá-lo (ar frio). Com essemodelo fica mais fácil de ver aseparação entre o disco e a ventoinha.

Aerofatos

O ar que sai do canudinho ou dosecador encontra uma área de vazãomenor entre as superfícies de cartolinaou de papelão. O mesmo acontecequando você tampa com o dedo a saídade água de uma mangueira ou de umatorneira. O ar, assim como a água, au-menta a sua velocidade e a pressão doar entre as superfícies diminui (oaumento da velocidade se dá às custasda diminuição de pressão). Este é o cha-mado princípio de Bernoulli, que tam-bém explica a aproximação das duasfolhas de papel, quando você sopra en-tre elas. Como a pressão em baixo daventoinha (a pressão atmosférica) émaior, a ventoinha levita. Por que entãoas duas superfícies não colam uma naoutra? Lembre-se: a ventoinha tempeso e o jato de ar que sai do canudinhoou do secador exerce uma certa pressãocontrária. Além disso, o ar precisa deespaço para passar! Tente aumentar opeso da ventoinha (use uma cartolinamais grossa ou duas ou mais cartoli-nas coladas para fazer a sua ventoi-nha). O que acontece quando vocêaumenta a potência do secador? Sinta-se à vontade para fazer novas desco-bertas!

Aerodescobertas