Experimento Virtual - Forças e Movimento

 Explore as forças atuantes quando você tenta empurrar um armário. Crie uma força aplicada e veja a força de atrito resultante e a força total atuando no armário. Gráficos mostram as forças, posição, velocidade e aceleração versus tempo. Ver um Diagrama de Corpo Livre de todas as forças (incluindo as forças gravitacional e normal). 

Tópicos Principais

• Força
• Posição
• Velocidade
• Aceleração

Alguns Objetivos de Aprendizagem

• Prever, qualitativamente, como uma força externa afetará a velocidade e direção do movimento de um objeto.
• Explicar os efeitos com a ajuda de um diagrama de corpo livre.
• Utilizar diagramas de corpo livre para desenhar a posição, velocidade, aceleração e gráficos de força e vice-versa.
• Explicar como os gráficos se relacionam entre si.
• Com base em um cenário ou um gráfico, esboçar todos os quatro gráficos.

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Fósforos - Princípio de Ação e Reação

Esse experimento mostra o fenômeno explicado pela terceira Lei de Newton, o princípio de Ação e Reação.

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Desafio - Diagrama de Forças

Um homem empurra um caixote para a direita, com velocidade constante, sobre uma superfície horizontal. Desprezando-se a resistência do ar, o diagrama que melhor representa as forças que atuam no caixote é:

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Desafio - Jetpack quebrado

 O astronauta, Jerry Laprosky, é incumbido de uma missão fora da órbita da terra, mandado junto de uma equipe para consertar um satélite. Deu-se início à missão e tudo ocorria bem, até que Jerry sai da sua nave em direção ao satélite, e ao chegar lá seu jetpack (aparelho para locomoção fora da órbita) quebra. Tendo em mente o conhecimento das Leis de Newton, o que Jerry deveria fazer para voltar para a sua nave, para completar sua missão e sair com vida?

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Coisas que controlam os movimentos

 Manobrar um carro para colocá-lo em uma vaga no estacionamento ou aterrizar um avião são tarefas onde o controle dos movimentos é fundamental.

 Para que esse controle possa ser realizado, vários elementos são projetados, desenvolvidos e incorporados aos veículos e outras máquinas.

 Para um avião mudar de direção em pleno ar existe uma série de mecanismos. Nos barcos e automóveis, também temos mecanismos, embora mais simples do que os das aeronaves.

 Tudo isso indica que a mudança na direção dos movimentos não se dá de forma natural, espontânea. Ao contrário, exige um esforço, uma mudança nas interações entre o corpo e o meio que o circunda.

 Da mesma forma, aumentar ou diminuir a velocidade exige mecanismos especiais para este fim. Os automóveis possuem o sistema de freios para diminuir sua velocidade e parar, e um controle da potência do motor para poder aumentar ou manter a sua velocidade. O mesmo ocorre com os aviões, barcos, e outros veículos que têm que possuir sistemas de controle da velocidade.

 Além disso, os próprios animais possuem seus próprios sistemas de controle de movimentos, seja para mudar sua direção, seja para alterar sua velocidade.

 Em todos esses casos estamos tratando das interações que os corpos têm com o meio. Um barco para aumentar sua velocidade tem que jogar mais água para trás: isso constitui uma nova interação entre ele e a água. O avião, para mudar de direção, inclina um ou mais de seus mecanismos móveis, e faz com que ele interaja com o ar de uma forma diferente.

 Na Física, as interações podem ser compreendidas como forças que um objeto aplica em outro. Assim, para que o avião mude de direção, é necessário que suas asas apliquem uma força diferente no ar, e que este, por sua vez também aplique outras forças no avião.

Força e Velocidade

 Quando o vento sopra na vela de uma barco está "forçando-o" para frente. Trata-se de uma interação que podemos representar da seguinte forma:

 A flecha indica que o vento aplica uma força na vela para a frente. Seu comprimento indica a intensidade da força: uma força maior seria indicada por uma flecha mais comprida. Essa forma de representar uma quantidade física é chamada de vetor.

 Para aumentar sua velocidade o barco precisa sofrer uma força no mesmo sentido do seu movimento. Uma força no sentido contrário faria sua velocidade diminuir. É o que aconteceria se, de repente, o vento passasse a soprar para trás.

 Mas além de interagir com o ar, o barco também interage com a água. Ele empurra água para frente, e esta, por sua vez, dificulta seu movimento, “segura” o casco. Isso pode ser representado por uma outra força, agora no sentido contrário do movimento. Se o vento cessar, essa força da água fará o barco parar, uma vez que é oposta ao movimento. Tente representar a força que a água faz no barco através de um vetor.

Força e direção

 Para mudar a direção de um movimento, como já dissemos, é preciso uma força. Porém, não uma força qualquer. Para que o movimento mude de direção a força dever ser aplicada em uma direção diferente da direção do movimento. É isso que acontece quando um motorista vira a direção do seu carro (já sei, já sei, escrevi muita direção em um parágrafo só ...

 Em outras palavras, se um carro está indo para a frente e quer virar à esquerda, é preciso que a força seja aplicada como mostra a figura. Neste caso, a força representa uma interação entre os pneus e o asfalto: o pneu força o asfalto para lá e o asfalto força os pneus (e o carro) para cá. Portanto, movimentos curvos só ocorrem quando há uma força agindo em uma direção diferente do movimento. Quando você gira uma pedra presa a um barbante, a pedra está sendo forçada pelo barbante para “dentro”, mantendo-o em um movimento circular. Se o barbante se rompe, a pedra segue em frente de onde foi solta.

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 Por trás de todos estes exemplos estão as leis do movimento, conhecidas como "Leis de Newton". Conhecendo estas leis e as várias interações podemos prever os movimentos e as condições para que os objetos fiquem em equilíbrio. Os sistemas de controle de movimento que acabamos de discutir obedecem às Leis de Newton e são projetados para funcionarem corretamente de acordo com as interações a que estão sujeitos. Nas próximas leituras estaremos aprofundando o estudo das Leis de Newton e das várias interações que acabamos de apresentar. Que tal dar uma lida nos enunciados das três Leis de Newton, apresentados abaixo e tentar explicar com suas próprias palavras o que você consegue entender. Esses enunciados estão escritos da forma como Newton os redigiu em seu livro Princípios Matemáticos da Filosofia Natural.

* fonte: Livro 2. Força, Massa, Gravidade, Aceleração do GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física - Instituto de Física da USP, junho de 1998. (link do livro)

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Peteleco - Princípio da Inércia

Objetivo

Demonstrar que objetos em repouso, quando a soma da ação de forças externas é nula, tendem a continuar em repouso.

Contexto

O Princípio da Inércia, ou Primeira Lei de Newton, diz que "um objeto tende sempre a manter o seu estado de movimento, este podendo também ser o de repouso, se não o somatório das forças sobre ele for nula".
Este experimento serve para mostrar que um objeto em repouso tende a continuar em repouso. Já o experimento "TROMBADA (1)" serve para mostrar que o objeto em movimento tende a continuar em movimento. Os dois experimentos em conjunto ilustram o Princípio da Inércia.

Ideia do Experimento

O experimento consiste de apoiar-se uma cartolina em forma de calha em cima de uma mesa e colocar-se uma bolinha de vidro (ou de aço, que dá melhores resultados) no seu centro. Aplica-se um "peteleco" nas bordas mais altas da calha de modo que a cartolina desloque-se com uma velocidade considerável. A ideia é de que a bolinha tende a permanecer em repouso, ou seja, parada na mesma posição que ocupava antes da cartolina se movimentar, pois a força que alterou o repouso da cartolina não se transmitiu à bolinha devido à insuficiência de atrito.

Tabela do Material

Item	Observações
Um pedaço de Cartolina (15x15 cm)	Dê preferência para cartolinas lisas.
Uma Bolinha de Vidro (ou Aço)	A bolinha de vidro pode ser do tipo usada pelos garotos em jogos. A de aço pode ser encontrada em bicicletarias ou oficinas mecânicas. São retiradas de várias peças, na sua maioria rolamentos; as maiores são obtidas de juntas homocinéticas.

Montagem

• Enrole a cartolina, formando um cilindro.
• Deixe a cartolina desenrolar naturalmente.
• Apoie a cartolina sobre uma superfície lisa.
• Coloque a bolinha no centro da cartolina.
• Bata com os dedos, simultaneamente, nas extremidades superiores da cartolina.

Comentários

• A intensidade da batida é algo que precisa ser treinado. Por vezes a pessoa não consegue dar uma batida forte, seca e simultânea nos dois lados da calha. Mas um pouco de prática resolve o problema.

* fonte: UNESP - Experimentos de Física

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