Constatação
do efeito da inércia através do bloco suspenso
Você vai precisar de madeira, pregos, barbante, tubo de PVC
para fazer os moldes dos pesos de 1kg e 5kg, pedaços de ferro
para fazer os ganchos para as massas, concreto e apetrechos de carpinteiro
e de pedreiro.
Construa um suporte como mostra a figura.
Esquema
do sistema construído e descrito no texto.
O sistema consiste num suporte em madeira com formato de "U"
invertido, com dimensões da ordem de 60cm de altura e 60cm
de largura. Este suporte deve apresentar "pés" para
que fique rigidamente na posição vertical. Um suporte
(gancho) centrado na barra horizontal desta trave será usado
para suspender o bloco.
Um banquinho com três pés e furo central é usado
imediatamente abaixo do bloco para segurá-lo quando a cordinha
superior se rompe. Como corda use barbante comercial. É usado
um bastão na extremidade inferior da cordinha para facilitar
a operação de puxar. Os blocos são feitos com
tubos de PVC de diâmetros variados de, aproximadamente, 20g
e são preenchidos com concreto, ao mesmo tempo que se chumbam
ganchos para amarrar as cordinhas.
O experimento é feito puxando-se lentamente o bastão
para baixo e observando qual das cordas se romperá primeiro.
Quando o bloco tem grande massa (~10kg), observa-se que com grande
facilidade a corda inferior é que se rompe, apesar de, em condiçòes
estáticas, sempre a corda superior estar sujeita a uma tensão
superior. No caso de grandes massas, só velocidades muito baixas
de puxão é que causam o rompimento da cordinha superior.
Por outro lado, se colocarmos uma pequena massa no bloco (~2kg), quase
que para qualquer velocidade com que puxamos haverá o rompimento
da cordinha superior. Só puxões com velocidades altíssimas
é que causarão o rompimento da cordinha inferior.
Para explicar esse comportamento de forma quantitativa, foi construído
um modelo no qual as cordinhas se comportam como molas (de alta rigidez,
é claro), que suportam um estiramento máximo após
o qual ocorre a ruptura. A cordinha que atinge o estiramento máximo
primeiro é que se romperá.
Se for considerado que a força F aplicada à corda aumenta
linearmente com o tempo, F =
t, onde
é a taxa com que o bloco é puxado ou a "velocidade"
do puxão.
Pode-se mostrar que se espera o comportamento descrito na figura abaixo
para massas M e para coeficientes a diferentes. Existe um valor crítico
de
para cada massa
c(M)
que separa o espaço.
PROCEDIMENTO
Monte o sistema e faça repetições da observação
para situações diferentes.
1. Monte a massa pequena e puxe lentamente a corda. Verifique qual
corda arrebenta. Anote.
2. Monte a massa pequena e puxe rapidamente. Anote o resultado.
3. Repita os procedimentos 1 e 2 para a massa maior.
4. Vários alunos devem repetir a seqüência para
tirar dúvidas quanto à reprodutibilidade.
Observação:
Esta experiência está baseada no trabalho publicado
na
Marques
e Ueta
