BOLA E COPO - ACELERAÇÕES MAIORES QUE 'g' - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !
Acelerações maiores que 'g' - a bola e o copo
(Paradoxo da queda livre)
Demonstrar que a componente vertical da aceleração escalar da extremidade do plano inclinado, em 'queda livre', tem valor maior que a aceleração da gravidade (g). A bolinha sempre cai dentro do copinho.
Plano inclinado móvel ao redor de um eixo horizontal em sua extremidade inferior, tábua vertical (variante), base, copo de plástico raso, transferidor, esfera de aço e disparador (mecânico ou eletromecânico)
A tábua superior é livre para girar em torno do eixo horizontal 00', que pode ser uma dobradiça colocada entre ela a tábua inferior. Em sua extremidade livre, essa tábua apresenta um pequeno nicho (escavado), com profundidade suficiente apenas para reter a bolinha de aço, com a tábua inclinada ao redor dos 35o..
Alguns centímetros abaixo desse nicho, numa posição bem determinada (veja figuras), cola-se um copinho plástico para cafezinho ou um tubo de PVC, com a extremidade superior cortada inclinada. A ilustração mostra a posição correta de abandono da tábua inclinada, suportada pela vareta. Repare que nessa posição de partida, a vertical que passa pela bolinha passa também pelo copinho, com a tábua na horizontal.
Retirando-se bruscamente a vareta de apoio, o plano inclinado entra em 'queda livre'. Todos os seus pontos têm a mesma aceleração angular, mas não têm a mesma aceleração linear. Pontos próximos ao eixo terão aceleração linear menor do que a da gravidade ; um dado ponto da tábua terá aceleração justamente igual á da gravidade (está a 2/3 do comprimento da tábua - é o centro de percussão) e os pontos além desse, terão aceleração maior que a da gravidade. Eis uma animação do processo:
O experimento Acelerações maiores que 'g', dessa Sala 05 equaciona o fenômeno. Seu professor de Física poderá lhe recomendar muitas outras fontes para pesquisar o assunto.
Como a bolinha está numa posição onde a aceleração da tábua é maior do que a da gravidade, ela perde o contato com o plano inclinado e continua sua trajetória vertical.
Quando toca o plano 'inclinado' novamente, agora na posição horizontal, sobre a base, ela estará dentro do copinho!
NOTA: um pouco de algodão dentro do copinho alivia o choque e impede que a bolinha pule fora do copinho.
Recentemente (outubro/2007) fiz nova montagem para tal experimento usando:
1 tábua base de (120 x 5 x 1)cm
1 tábua de (115 x 3 x 1) cm
1 haste de ferro chato de 35 cm
1 copinho plástico (usei um 'nariz de palhaço')
1 calota esférica de borracha (era de uma ventosa)
1 chumbada esférica de pesca
Eis uma variante do experimento, com disparador mecânico fixado na tábua vertical (em amarelo):
Essa variante não é tão 'dramática' como a primitiva de "retirar bruscamente a haste metálica que suporta a tábua móvel"!