OBTENÇÃO DE 'g' PELA TRAJETÓRIA - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !
Obtenção de 'g' a partir da trajetória
Eis outro trabalho que, bem elaborado, constitui excelente motivo para Feiras de Ciências. Sua finalidade é múltipla: movimento balístico, lançador de projéteis usando um alto-falante como fonte impulsora, lâmpada estroboscópica, sincronização, gotas estacionárias, movimento em câmara lenta, espelhos planos e decomposição do movimento balístico.
O lançamento regular das gotas de água é obtido mediante um alto-falante que faz parte do circuito: gerador de áudio (na escala de baixas-freqüências), amplificador de áudio mono (20 a 50W) e alto-falante (20 a 50W).
Na boca do alto-falante, fixa-se a lata lançadora, que é uma adaptação feita sobre uma lata redonda (tipo lata de marmelada) e estreita, sem tampa. A tampa que foi retirada é substituída por uma membrana de plástico ou borracha. Essa face da lata recoberta com a membrana de borracha deve ser adaptada á 'boca' do alto-falante.
Na lateral da lata faz-se um orifício e solda-se um pequeno tubo. Nele coloca-se a mangueira flexível que irá ao reservatório de água (alimentador). No "fundo" da lata (que agora é a frente do lançador), faz-se um pequeno orifício para a saída das gotas.
A cada golpe do cone do alto-falante (estimulado pelo amplificador) uma grossa gota é lançada. A freqüência de lançamento das gotas (f) e sua velocidade inicial são ajustadas atuando-se sobre o gerador de áudio (afeta f) e sobre o ganho do amplificador (afeta a velocidade).
O supridouro de água deve ser um reservatório que mantenha nível constante, para uma regular alimentação do lançador (pressão e vazão constantes). Recomendo usar como reservatório alimentador uma garrafa de Mariotte (veja nossa Sala 07 de Fluidos o frasco de Mariotte).
Duas placas de espelhos planos (120 x 30) cm são dispostas, uma na horizontal (inclinada 45o para os observadores) e outro na vertical (também a 45o). Teste suas disposições, de modo que o observador veja as imagens das gotas, em toda sua extensão, durante o movimento.
O superior fornecerá imagens segundo o eixo X (decomposição horizontal do movimento) e, o lateral, fornecerá imagens segundo o eixo Y (decomposição vertical).
No espelho superior (horizontal) observar-se-ão as imagens das gotas igualmente espaçadas (movimento uniforme), e no lateral (vertical), imagens com espaçamentos crescentes (movimentos uniformemente variados).
A lâmpada estroboscópica é inicialmente sincronizada com o gerador de áudio, de modo que a freqüência das "piscadas" f' fique igual a f. Isso se consegue observando as gotas lançadas (ou suas imagens) — elas devem permanecer estacionárias!
A seguir, a freqüência de lampejos deve ser ligeiramente alterada, de modo que entre o valor atual f" e o antigo f', haverá uma diferença Df. O efeito desse deslocamento de freqüência fará com que as gotas lançadas periodicamente com freqüência f movam-se em câmara lenta. Isso ficará muito atraente. Você verá uma determinada gota realizar lentamente seu movimento parabólico, sua imagem no espelho horizontal em movimento uniforme e sua imagem no espelho vertical em movimento uniformemente variado — tudo bem devagar! Obviamente não se trata de um mesma gota e sim do efeito estroboscópico sobre a sucessão delas.
A lentidão é tanta (Df bem pequeno), que "uma gota" pode demorar minutos para realizar seu trajeto total. Um minuto é tempo mais que suficiente para que você faça medições de deslocamentos verticais e obtenha, mediante cronômetros, os intervalos de tempos necessários para esses deslocamentos.
Em posse desses y (espaços das imagens verticais) e dos correspondentes t (instantes), poderá, usando da lei do movimento uniformemente variado, obter a aceleração aparente g'.