CINEMÁTICA - ROSCA E ARRUELA - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !
Novembro de 1999; eu mesmo vibrei quando, por acaso, observei o fenômeno. Eis o relato:
A patroa havia pedido para dar um jeito na cômoda da filhota pois a gaveta do meio estava muito bamba e ficava saindo do encaixe.
Fui lá e vi que as laterais do móvel (essas porcarias com serragem prensada que chamam de "aglomerado") estavam abauladas para fora e, por isso, a gaveta saia do encaixe.
A solução era aproximar novamente as duas paredes laterais. Não quis apelar para um sarrafo colocado por dentro, pois o espaço entre gavetas era meio crítico.
Decide atravessar uma haste de ferro de 3/8", com rosca em toda sua extensão (essas varetas são vendidas em casas de ferragens nos diâmetros 3/8", ½", 5/8" etc. e comprimento 1 metro), e mediante porcas, ir apertando até as laterais do móvel chegarem no lugar. Tudo bem marcadinho, fiz os furos nas laterais com broca de 3/8" e fui ao meu laboratório buscar a vareta, arruelas e porcas.
No caminho de volta, encaixei uma arruela numa extremidade da vareta que estava na vertical (posição mais cômoda para transportá-la) e a arruela escapou de minha mão. Instintivamente levei a mão livre lá em baixo para apanhar a arruela e surpresa! A arruela num movimento curioso de vai-vem na horizontal (lembrando o bater de asas) descia na vareta lentamente com um movimento que perceptivelmente, pelo menos em média, era uniforme!
Vichi! Parei tudo e voltei ao laboratório. Encaixei a extremidade inferior da vareta com rosca num suporte e soltei novamente a arruela lá de cima, encaixada na vareta. Beleza, que movimento espetacular. Cronômetro na mão, metro de balcão ao lado da vareta e .... o movimento é uniforme. Testei com outras arruelas, umas com furos maiores, outras com massas maiores, outras mais largas. E assim nasceu esse projeto.
Ah! A cômoda voltou a funcionar perfeitamente --- talvez chegue ao ano 2000! "Em 2000 chegarás, de 2000 não passarás" (como todos sabem, Nostradamus referia-se á minha cômoda!).
Estudo do movimento retilíneo e uniforme. Cronometragem, gráficos do M.U.
Vareta com rosca de 3/8" ou 5/8" e as duas arruelas e porcas que acompanham tais varetas.
Cronômetro (relógio digital) e metro de balcão ou trena.
Grampo (presilha) para fixar na mesa e prender a vareta na vertical.
Prenda a vareta no grampo de modo que fique firme na vertical.
Coloque o metro de balcão ao lado da vareta, paralelo a ela.
Solte a arruela a partir da extremidade superior. Assim que o movimento da arruela estabilizar (isso depende do modo como soltá-la) veja sua cota (altura) na régua e acione o cronômetro.
Anote, a cada 20 segundos (ou outro intervalo de tempo), a cota por onde passa a arruela.
Com esse conjunto de par de dados (tempo e cota) construa o gráfico "cota x tempo".
Como esse texto, numa primeira mão, destina-se ao professor, poderemos dispensar detalhes no desenvolvimento do estudo do movimento uniforme. Daí para a frente tem-se todo o trabalho de análise já comum em outros experimentos do tipo, tais como:
Bolinha de gude dentro da água do tubo de vidro (perigo de quebrar o tubo e dificuldade em obtê-lo);
Bolina de aço dentro do óleo do tubo de vidro (e tem que usar ímã para levar a bolinha para cima);
Bolha de ar em tubo com água etc.
Verifique o comportamento com várias arruelas, mais finas e mais grossas, mais leves e mais pesadas, mais estreitas e mais largas etc. Com arruela adequada o "tempo de queda" pode superar os três minutos para descer 1 metro!
Selecione duas arruelas cujas velocidades de queda em movimento uniforme sejam diferentes. Coloque as duas arruelas na vareta (a mais lenta por cima da mais rápida) mantendo-as afastadas, com os mesmos dedos, cerca de 5 mm. Abandone simultaneamente as duas arruelas. Uma descerá com velocidade escalar média V (a de baixo) e a outra com V', sendo V > V'. No decorrer do tempo, a distância (D) entre elas irá aumentando. Eis uma boa questão para os meninos: escrever a função D = f(t) que fornece, em cada instante, a distância entre as arruelas.
A lentidão e regularidade do movimento de descida de uma arruela, no caso geral, acompanhado de um ruído especial, torna o experimento ideal para sala de aula e serve, por outro lado, para o professor explicar os "macetes" do uso do cronômetro (cartilagem da mão que deve ser comprimida antes do mecanismo acionar realmente o cronômetro etc.) e sobre os cursos oficiais para cronometristas (pelo que soube, alguns para corridas de cavalos, duravam cerca de 3 anos!).
Estou preparando uma filmagem do movimento (junto com cronômetro e régua) para examiná-lo, com detalhes, em câmara lenta. Em cada instante, não deve ser um movimento simples. Já devemos prever combinações de quedas livres, oscilações forçadas e entretidas, choques mecânicos e atritos. A agitação da arruela deve provocar, também, movimento turbilhonar no ar. Aguardemos.