Brinquedo Roda Gigante

Introdução

Desde os tempos antigos o céu atrai as pessoas. Sentir a leveza, a liberdade e ver o

mundo do alto. Uma das maneiras de tornar isso possível é através da Roda gigante. A

roda gigante é muito popular e é preferido por jovens e adultos. Você consegue ver

física no brinquedo?

Figura 1 Roda gigante

Na Roda gigante atua a força centrípeta, que é responsável por mudar a direção da

velocidade, e é a força resultante que puxa o corpo para o centro da trajetória em um

movimento curvilíneo ou circular. Sua fórmula é dada por:

A força centrípeta não é uma força nova em um sistema. Podemos dizer que força

centrípeta é o nome dado à resultante que faz um corpo executar um MCU em relação a

um referencial externo a esse corpo. Ou seja, se um corpo executa um MCU em relação

a determinado referencial, a resultante das forças que atuam sobre ele tem modulo

constante e está sempre orientada para o centro da trajetória circular. Por isso, essa força

resultante se chama centrípeta.

A aceleração centrípeta que é dada pela razão da velocidade, ao quadrado, em certo

instante da trajetória circular e o raio, ou seja, à distância nesse instante, do objeto ao

FC=m(V2

R)

eixo de rotação ou centro de curvatura.

Agora temos um novo questionamento bastante curioso: “Você já saiu pela tangente?”.

Sair pela tangente significa que os corpos tendem seguir o seu trajeto em movimento

uniforme e permanecer em repouso desde que outra força não interfira.

A tangente a uma curva é uma linha reta imaginária com um único ponto de contato

com a mesma circunferência. Dessa forma se a trajetória de um ponto é uma

circunferência, a reta na qual a moto, por exemplo, escapa da curva seria a tangente.

Objetivo

Objetivo Geral

Compreender o movimento circular uniforme e as grandezas envolvidas nele.

Reconhecer a natureza dos fenômenos envolvidos, situando-os no conjunto de

fenômenos da física.

Objetivos Específicos

Conceituar aceleração centrípeta e resultante centrípeta.

Destacar que a força centrípeta não é mais uma força, mas sim uma resultante de forças

que agem no sistema.

Compreender força centrífuga e sua relação com a expressão “sair pela tangente”.

Tutorial de Cálculo

Movimento Circular

O movimento é dito circular devido a sua trajetória ser circular. Esse movimento é

interessante de se estudar, pois a falta de entendimento gera duvidas e sua compreensão

esclarece muitos fatos de nosso cotidiano. Um fato de nosso dia – a - dia não

observável, mas essencial, e o movimento dos satélites em torno da Terra. É um

movimento circular. Já imaginou se não tivéssemos conhecimento desse movimento e

não tivéssemos satélites? Como se daria a transmissão de informações, imagens e

noticias pelo mundo? A comunicação via satélite e importante? Quanto tempo levava

para que as informações chegassem de Portugal ao Brasil na época do descobrimento?

Também poderíamos dizer que sem o movimento circular não teria a maioria dos

brinquedos de diversões, o que seria realmente muito chato.

Outra referencia são os movimentos que vemos ou que fazemos dentro de automóveis,

lanchas, ônibus, etc., isto e, através de um meio de transporte em que possamos estar

dentro e percebermos as sensações quando estamos em uma curva.

Você já deve ter sentido a sensação, em uma curva feita em alta velocidade, de ter o

corpo jogado na direção da porta do carro. Se não houvesse a porta e nenhum modo de

se segurar, certamente você sairia do carro, pois o carro esta em movimento circular e

você em movimento retilíneo, saindo assim pela tangente da trajetória circular do carro.

Para que um corpo esteja em movimento circular deverá existir ou atuar sobre ele uma

forca que o faça mudar de direção. Se essa forca não existir, o movimento será retilíneo,

indefinidamente.

Um carro só faz uma curva devido ao atrito dos pneus com o solo. E nesse atrito com o

solo, em uma curva, que aparecera uma forca que propiciara o movimento circular. E a

forca centrípeta. No caso de um avião, a forca centrípeta ocorrera no contato do avião

com o ar, que lhe da sustentação para que se realize a curva. No caso de um barco,

a forca centrípeta aparecera no contato com a água, que lhe da sustentação para que a

curva se realize. De que maneira você acredita que um foguete faz uma curva no

espaço?

Referenciais Inerciais e não - Inerciais

A condição para validar as Leis de Newton e haver um referencial inercial (repouso ou

movimento retilíneo uniforme); para qualquer outro referencial, não são validas estas

leis. Por essa razão, para a explicação de deslocamentos de objetos e necessária a

introdução de forças fictícias, que não se originam de interação, mas do próprio

referencial acelerado.

Força de Coriolis

A força de Coriolis é uma forca fictícia, como a centrifuga, e surge em sistemas

girantes. E ela que provoca uma deflexão lateral na trajetória de um objeto. Vamos

tomar como exemplo duas crianças brincando com uma bola em uma plataforma

giratória.

Quando a bola e lançada radialmente, as crianças observam-na seguindo no sentido

contrario ao da velocidade angular da plataforma. No entanto, um observador em

repouso, posto fora da plataforma, vera a bola seguir em linha reta enquanto as crianças

se deslocam no mesmo sentido da plataforma.

Analogamente, temos o problema da forca centrifuga, ou seja, para um referencial

inercial, temos uma explicação; para um referencial não inercial, precisamos introduzir

novas forcas para explicar o mesmo fenômeno.

As forcas de Coriolis têm grande importância para o entendimento dos movimentos na

atmosfera e são responsáveis pelo sentido de rotação dos ciclones: no hemisfério sul, a

rotação ocorre no sentido horário e no hemisfério norte, no sentido anti-horário.

Velocidade Angular

Quando um móvel descreve uma trajetória, podemos determinar sua posição através de

medições a partir de um ponto de origem, um referencial. Em uma estrada, um ponto

poderá estar distante, por exemplo, 2 km da origem da estrada. Dizemos que esse corpo

se encontra no marco +2 da trajetória. No caso de uma trajetória circular, devemos levar

em consideração o deslocamento angular. Deslocamento angular significa quantos graus

(angulo) um corpo se desloca a partir de um ponto referencial. Observe que tudo

necessita de um referencial. Estabeleça um ponto de origem numa trajetória circular e

meça a distância percorrida por um corpo, em graus. Esse é o espaço angular.

No caso da figura, se um objeto percorrer a trajetória circular do ponto O (origem) ate o

ponto A, ira se deslocar por um espaço s. Observe que nessa mesma trajetória esse

mesmo móvel percorrera um deslocamento angular a. Esse deslocamento angular

devera ser medido em radiano, pois em radiano avaliam-se as reais relações de uma

circunferência envolvendo o número irracional π .

A velocidade angular é calculada seguindo o mesmo raciocínio do movimento uniforme.

Lá, calculamos a velocidade escalar média como:

= (variação do espaço pela variação do tempo)

Agora, no movimento circular, a velocidade angular segue o seguinte raciocínio:

= (variação angular pela variação do tempo)

Frequência e Período

De quanto em quanto tempo fazemos aniversário?

Ora, todos sabem que é de ano em ano. Portanto, o período que fazemos aniversário é

anual, a cada 365 dias. Período então é uma unidade de tempo.

Qual é a frequência com que fazemos aniversário em um ano? Também sabemos a

resposta, é uma vez. Portanto, dizemos que a frequência de aniversários em um ano, de

uma pessoa, é 1 vez/ano.

Frequência então é uma unidade de repetições de um evento em uma determinada

unidade de tempo.

Esses são os conceitos de frequência e períodos usados quando estudamos alguns

movimentos ou fenômenos.

Lembrando e gravando: período é um intervalo de tempo em que um fenômeno se

repete. Frequência é o número de vezes que esse fenômeno se repete em um intervalo de

tempo. Veja este exemplo:

Um satélite artificial completa 12 voltas ao redor da terra em 24 horas. Qual é o período

e a frequência do movimento do satélite? (supondo que esse fenômeno seja periódico).

O período é dado por: tempo em que o movimento se repete, isto é, qual é o tempo de

uma volta? Se ele dá 12 voltas em 24 horas, então uma volta dura 2 horas.

A frequência é a quantidade de vezes que o evento se repete em um determinado

intervalo de tempo. Adotando este intervalo de tempo de 24 horas, teremos uma

frequência igual a 12 voltas/24h, ou ½ (volta/hora). Se o intervalo de tempo fosse

1 semana (7 dias), teríamos uma frequência de 84 (voltas/semana).

O nosso exemplo se aproxima um pouco da realidade, pois um dos primeiros satélites

artificiais, em orbita da Terra, desenvolvia uma velocidade de 8 km/s e sua trajetória

durava aproximadamente 1h 24min.

Inercia

Você já deve ter ouvido falar de inercia e aqui vai uma definição para você pensar:

“Inercia é um estado no qual não se pode mudar de situação”. E correto afirmar isso?

“Todo corpo quando se encontra em movimento permanecera em movimento,

indefinidamente, se nenhuma forca agir sobre ele. Todo corpo em repouso permanecera

em repouso indefinidamente, se nenhuma forca agir sobre ele”. (primeira lei de

Newton). Esse princípio foi fundamentado nos estudos de Galileu Galilei e refinado por

Renê Descartes. Estar um corpo em movimento ou repouso depende estritamente do

ponto de vista do observador, portanto o movimento e relativo.

Quando Newton pesquisou sobre a inércia, teve uma percepção fantástica, enxergar a

inercia em um sistema com forcas resistentes atuando sobre o movimento. Aqui e um

pouco difícil perceber exatamente o que seria a inércia, pois se, por exemplo, jogarmos

uma bola a rolar pelo solo, ela ira parar. Dependendo do impulso, ira parar perto ou

longe de quem a arremessa, isso devido às forcas resistentes, como o atrito com o solo e

com o ar (arrasto). Muitos pensam ate que o conceito de inercia e falso, pois se fosse

real, daríamos um impulso inicial em nosso carro e ele não pararia mais, isso sem

precisar deixar o motor ligado. O que você diria sobre essa idéia?

Algumas situações onde melhor podemos sentir e perceber a inercia são conhecidas por

todos, observe:

1. Você esta dentro de um carro, no banco do passageiro, e ele freiam bruscamente. O que

acontece com seu corpo?

2. Você esta de pé em cima de uma carroceria de um caminhão que está parado. Quando

ele inicia, repentinamente, um movimento retilíneo para frente, o que acontece com seu

corpo?

Contra Peso

O próprio nome já nos da uma pista sobre sua função, que e a de oferecer um esforço

contrario ao esforço da gôndola com o peso das pessoas que estão dentro. Com isso, o

motor que dará início ao movimento para nossa diversão precisara de uma potencia

menor, o que o fará economizar energia, alem de ter um tamanho reduzido. Portanto,

para não gastar uma quantidade enorme de energia elétrica, para o motor não precisar

ser muito grande e para facilitar o movimento, usa-se o contrapeso.

Torque

Torque é um esforço de torção que um equipamento transmite geralmente um motor,

através de um eixo, para outro equipamento, com o objetivo de realizar movimento. Um

automóvel só se movimenta devido ao torque transmitido do motor para as rodas,

através do eixo de transmissão. Quanto maior o torque transmitido pelo motor, maior a

capacidade do motor gerar movimento, isto e, o automóvel poderá atingir uma

velocidade maior. Observe também que um motor poderá ser dimensionado para

transmitir prioritariamente forca e não velocidade, como e o caso dos tratores e

máquinas pesadas; em outros casos, o motor poderá ter dimensionamento priorizado

para desenvolver grandes velocidades, como acontece com os carros de corrida.

Conclusão

Não esgotamos as possibilidades geradas pela Roda Gigante para o ensino de Física, em

particular o de Mecânica, mas tentamos abordar alguns conceitos da Mecânica, muitas

vezes não discutidos em um curso regular.

Acreditamos que o aluno deve ser desafiado, ou seja, que se deve estabelecer um clima

de conflito teórico em que as soluções surjam mediante os caminhos sugeridos pelo

professor.

Podemos concluir que a utilização de um ensino informal oferece não apenas termos de

conteúdo como também a promoção de um ambiente capaz de desencadear interações

sociais dirigidas às zonas de desenvolvimento proximal.

Referências

objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/10662

objetoseducacionais2.mec.gov.br/.../guia_do_professor_audio_forca...

www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/1111-2.pdf

Gaspar, Alberto. Física, Vol. único