Construção de uma Balança
Este texto indica como construir uma balança analítica cuja sensibilidade pode ser da ordem de um centésimo de grama. Seu funcionamento está baseado em conceitos que foram discutidos em outra atividade deste site: Balança de canudo de refresco. Tais conceitos são o centro de gravidade,o centro de suspensão,sensibilidade etc.
A figura abaixo dá uma idéia do que é a balança pronta.
Uma ripa de madeira balsa (0,5x1x100cm)
Uma lâmina de barbear (ver opção).
Cola para aéromodelismo.
Papel milimetrado ou escala de vinil.
Copinhos de café.
Linha, tesoura, agulha de costura.Gesso
Parafusos para metal, com porca, com 3,5 cm de comprimento e 2mm de diâmetro(aproximadamente).
Seringa de 1cm3.
Fio de cobre ou arame fino.
As partes da balança
A balança é construída de um travessão de madeira balsa no qual está fixa uma escala de papel milimetrado (ou régua de vinil ou ainda xerox de uma régua).Nesse travessão estão ainda os ajustes de zero e da sensibilidade da balança. Ainda no travessão está colado o ponteiro da balança.
O travessão apoia-se numa base onde está fixa uma escala que vai servir de zero para a balança.
O apoio pode ser feito de duas maneiras diferentes que vamos detalhar.
A primeira delas usam-se pedaços de lâmina de barbear apoiados em outros pedaços de lâmina de barbear. O objetivo é diminuir o atrito entre as duas partes: base e corpo da balança propriamente dito. No segundo caso usam-se alfinetes apoiados numa superfície dura (pedaço de plástico ou metal).15 cm.
A base é feita com um pedaço da mesma madeira balsa que está cravada num copinho de café cheio de gesso.15 cm.
O braço da balança
Primeiramente vamos descrever o braço da balança quando ela for feita usando alfinetes como suporte e, de início, um apanhado geral desse componente. Mais adiante entraremos em detalhes mais minuciosos.
O braço da balança é sua parte mais importante e o bom funcionamento da mesma depende de construir-se bem essa parte.
Figura 2 - Vista lateral do braço da balança com suportes de lâmina de barbear. Na figura mostra-se, também, a base da balança.
Figura 3 - Vista horizontal do braço da balança com suportes de alfinetes
Figura 4 - O braço da balança com suportes de lâminas de barbear visto de cima.
A balança cujo apoio se faz sobre pedaços de lâmina de barbear é muito semelhante à anterior.
Figura 5 - Vista lateral do braço da balança com suportes de lâmina de barbear. Na figura mostra-se, também, a base da balança.
Figura 6 - Vista horizontal do braço da balança com suportes de pedaços de lâmina de barbear.
Figura 7 - O braço da balança com suportes de lâminas de barbear visto de cima
Para os dois casos, corte um pedaço de madeira balsa com 32 cm. E outro com 5cm. Em cada um deles, faça uma ranhura do tamanho da largura da madeira, como mostra a figura acima para que se possa encaixar uma madeira na outra. No caso da madeira maior, a ranhura deve ficar aproximadamente a 11 cm de uma das extremidades,a outra no centro.
Espete dois alfinetes na madeira menor. Veja a figura acima. Faça um pequeno gancho com outro alfinete e espete-o a 10 cm dos outros dois alfinetes. No caso de se usar lâminas, um pedaço de lâmina substitui os dois alfinetes. Veja as figuras 5 e 6.
Esta distância é crucial para o bom funcionamento da balança.
Recorte uma tira de 20 cm de papel milimetrado e cole-a no braço da balança. O início da tira deve tocar os alfinetes (ou a lâmina de barbear).
Corte dois pedaços de madeira balsa com 4 e 2 cm aproximadamente. No menor espete e cole o parafuso com a porca, após ter feito um pequeno furo na madeira balsa. Cole um pedaço no outro e fixe esse conjunto no braço da balança usando um alfinete. Não cole definitivamente pois essa posição vai, provavelmente, ser mudada.
Figura 12 - O ponteiro, o braço e o prato da balança.
Cole outro parafuso com porca no palito de churrasco e, em seguida,espete esse ponteiro no braço da balança usando um alfinete. Veja a figura acima. Essa posição também é provisória. Inicialmente faça com que o parafuso fique perto do suporte da balança(alfinetes ou lâmina).Com agulha e linha, faça 3 alças no copinho de café para formar o prato da balança.Pendure o prato no gancho.
Figura 13 - Uma posição provável da balança antes dos ajustes.
Quando colocamos o ponteiro bem para baixo, fazemos com que o centro de gravidade fique baixo o que faz com que a balança fique pouco sensível. Se a balança ficar numa posição como a que está ao lado, bastará deslocarmos as partes B e D (ver figura 3), para obtermos o equilíbrio.Em seguida vamos aumentar a sensibilidade deslocando o ponteiro para cima ou para baixo, bem como deslocando a porca do parafuso do ponteiro. Em caso de dúvidas consulte, mais uma vez, o texto da balança de canudo de refresco.
A parte B que é o suporte do ajuste do zero pode existir ou não. Ela, por um lado,facilita a movimentação da rosca do parafuso. Por outro lado, ela eleva o centro de gravidade da balança. Isto pode ter um aspecto positivo ou negativo. Caso sua existência elevar em demasia o centro de gravidade, podemos suprimí-la.
Caso o centro de gravidade fique acima do centro de suspensão, o parafuso do ponteiro deve ser mudado de lugar. Poderá sair do palito e ser colocado em A, B ou mesmo no palito mais abaixo dos alfinetes ou das lâminas da barbear.
A maneira de se saber se o centro de gravidade está acima do ponto de apoio, é observar o movimento da balança. Algumas vezes, logo depois de zerada, a balança pende, indiferentemente, para a esquerda ou para a direita. Isso é um indício que o centro de gravidade está situado acima do centro de suspensão, e o parafuso de ajuste deve ter sua posição mudada.
Os suportes da balança
Nas figura 2 e 5 foram mostrados os suportes da balança. No caso daquela que se apóia sobre alfinetes, o suporte é apenas um T construído com dois pedaços de madeira balsa. Quando ela se apóia sobre lâminas de barbear, ele tem a forma de um U. Nos dois casos, o conjunto é fixo em um copo de café contendo gesso.Convém, de inicio, colocar a madeira de 15 cm no copo, abrindo para isso um furo no mesmo, e em seguida despejar uma mistura de água e gesso dentro do mesmo.Essa mistura deve ter uma consistência de maionese.
O funcionamento da balança.
Como vimos, o parafuso que está no ponteiro serve para ajustar a sensibilidade da balança. É claro que, com auxílio do mesmo, podemos colocar o centro de gravidade da balança acima mas bem próximo do ponto de apoio que são os pedaços de lâmina de barbear. Podemos saber se o centro de gravidade está ou não perto do ponto de apoio observando o período de oscilação da balança. Quanto maior for o período ou seja quanto mais lenta for a oscilação, mais próximo estarão os dois pontos e mais sensível será a balança.
Tornar a balança muito sensível nem sempre é interessante pois, neste caso,qualquer movimentação de ar no ambiente faz com que a balança fique oscilando durante um tempo muito grande. Mais ainda, devido à sua própria construção, a balança vai ter um erro que depende muito das imprecisões com que são medidas as distâncias entre os alfinetes ou a lâmina de barbear e o ponto de suspensão do copo, e mais, da própria escala da balança.
Para utilizar a balança depois de zerada, basta termos um padrão de 1g.
Construindo um padrão de 1g.
Com uma seringa de volume 1cm3 (em geral usada para insulina), podemos construir um padrão de 1g. Inicialmente zeramos a balança e, em seguida, colocamos a seringa vazia dentro do copo e reestabelecemos o equilíbrio colocando-se um contrapeso qualquer no braço da balança, de modo a equilibrá-la.
Em seguida enchemos a seringa com 1cm3 de água. Esse volume de água tem uma massa de 1g aproximadamente. Colocamos agora o mesmo contra peso na mesma posição anterior e a seringa no copo. É claro que a balança não vai ficar em equilíbrio pois falta ser equilibrada a massa de água.
Para obter o equilíbrio colocamos um pedaço de fio de cobre na posição 10cm do braço da balança. Nessa posição, vamos juntando mais fio de cobre (ou retirando)até obter o equilíbrio.
Nessa situação, a massa da água, ou seja, aproximadamente 1g, será igual àmassa do fio de cobre. Isso é devido ao fato dos momentos das forças serem iguais.Temos de um lado da balança a seringa vazia equilibrada por um contrapeso.E mais, 1g de água equilibrando um fio de cobre, ambos à mesma distância do centrode rotação (a lâmina de barbear ou os alfinetes). Então os dois pesos ( o da águae o do fio de cobre) serão iguais e a massa do fio será 1g.
Se agora colocarmos um objeto de massa dentro do copo e tivermos que colocar o padrão de 1g na posição 18,7, a massa do objeto será 1,87g.