Experimentos de Física - Baixo Custo

PIBID FÍSICA FECLESC UECE CAPES PROGRAD
EXPERIMENTOS
DE FÍSICA
UTILIZANDO
MATERIAIS DE
BAIXO CUSTO E
FÁCIL ACESSO.
AUTORES: ALEXANDRE G. PINHEIRO, FCO ADALCÉLIO B. PIMENTA, MARCELA DA
SILVA FELÍCIO, ANTONIO MICHAEL DE O. DA SILVA, FRANCIMAGNO DE FREITAS NUNES, MARIA LUANA S. ALMEIDA ALESSANDRA ALEXANDRINO AQUINO, JOSÉ ALDI
DE LIMA FILHO, RAIMUNDO IVAN DE OLIVEIRA JUNIOR, FRANCISCO GILVANE SAMPAIO DE OLIVEIRA, FCO. VLADIMIR VITORIANO DA SILVA,FCO. EDSON RODRIGUES
DA SILVA, ANTÔNIA MARIA JOSÉ PINHEIRO, CARLOS ALEFF DE CASTRO LUCENA,FCO EVANDRO DOS SANTOS, FCO KLEVINHO F DOS SANTOS, RAÍ FIGUEREDO
JUCÁ, FRANCISCO EDUARDO DA SILVA DO CARMO, ERANDI DE LIMA CRUZ.
Capítulo 1
Prefácio
Este livro tem o objetivo de apresentar para as escolas, do Ceará e do Brasil, experimentos de física de baixo custo. Se
utilizando de pouca habilidade e de nenhum risco a saúde na confecção dos mesmos, pois não serão utilizados, ácidos
fortes, materiais tóxicos, lâminas cortantes, etc... Isto no produto final. E para a confecção, em alguns casos, usaremos
tesouras, alicates, agulhas, etc... Ou seja itens já usados do nosso cotidiano.
Este trabalho é resultado do trabalho dos bolsistas autores supracitados, decorrente de bolsa do PIBID de Física da
FECLESC da Universidade Estadual do Ceará. São bolsistas que além de terem contato com estudantes de escolas
carentes de ensino médio e fundamental. Também sentiram “na pele” a falta de materiais e aulas de laboratório de
física, em nosso Estado do Ceará.
Esta realidade vem mudando de forma gradativa, pois o governo, independente de seus gestores, tem propiciado
licitações e aquisições de materiais profissionais, para estas aulas. Claro que nada é perfeito. E o bom professor
sempre deve estimular o aluno a criar experimentos baseados nos existentes, como forma de aprimorar sua formação.
Pois no aprender, criar é melhor que comprar.
Esperamos que este mini-manual possa ajudar as escolas, carentes e/ou abastadas de recursos, pois a intenção é
estimular a criatividade e complementar as aulas vistas em sala. Cada bolsista participa com pelo menos um capítulo,
em que monta e testa, antes de publicar seu experimento. Este livro irá aumentar e contará com mais autores.
Desta forma contribui-se pela melhor educação de nosso país. Deus seja louvado !
Os Autores.
Seção 1
FONTE DE HERON
AUTOR: CARLOS ALEFF DE CASTRO LUCENA
Material:
INTRODUÇÃO:
Com tal montagem você conseguirá facilmente um jato de água de até 35 cm de
altura, de modo continuo, por mais de 20 minutos, usando apenas como energia
1. Dois frascos de 1 ou 2 litros uma bacia media.
Garrafas plásticas de refrigerante podem servir,
embora tenham uma boca estreita.
Rolhas de borracha, cortiça ou qualquer material
adequado com dois furos estreitos,
inicial, o trabalho de colocar uma garrafa cheia de água numa plataforma elevada.
2. Tubos plásticos rígidos. Um suporte como mostra
a figura.
Essa é uma fonte que parece desafiar a lei da conservação da energia.
A fonte de Heron (e suas variantes) é o que apresentaremos nesse trabalho.
DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO:
Consta de um recipiente aberto (A) e dois fechados (B e C) ligados por três tubos
1, 2 e 3, como mostra a figura. A água cai de A para C pelo tubo 1 e empurra o ar
pelo tubo 2 para o recipiente B. A água em B, pressionada pelo ar que vem de C,
sobe pelo tubo 3 e jorra com um jato pela ponta do tubo. Quando o recipiente B
se esvazia, a fonte pára de funcionar.
ANÁLISE:
A explicação para o funcionamento dessa fonte fica clara quando observada ao
vivo. Os aumentos de pressão causados pela água que cai no recipiente C e pelo
ar que sobe pelo tubo 2, empurram a água pelo tubo 3, fazendo-a jorrar pela
ponta fina desse tubo..
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Montagem
Use a imagem mostrada no inicio como base, Primeiro monte o
suporte, depois faça os furos nas rolhas que ficaram nas garrafas
e no fundo da bacia, coloque as rolhas e os tubos de modo que
fiquem bem colados e não fuja o ar, não use tubos muito
grossos. Obs: (No frasco que ficará entre a bacia e o outro frasco
não pode usar cola ou outro material para vedar a rolha, pois ele
será aberto quando se precisar fazer o experimento outras
vezes). Quando a montagem estiver completa encha o frasco que
está logo à baixo da bacia e o feixe bem, o resto do
funcionamento da fonte será feito por conta da pressão entre os
recipientes, se não houve nenhum vazamento a fonte pode
funcionar por ate 20 minutos com um jato que pode chegar a 35
cm de altura. Veja como a sua fonte deve ficar montada:
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Seção 2
A MOEDA QUE CAI NO COPO
AUTOR: ERANDI DE LIMA CRUZ
INTRODUÇÃO:
Conhecida como princípio da inércia,a Primeira lei de Newton afirma que a força
resultante (o vetor soma de todas as forças que agem em um objeto) é nula, logo
Material:
a velocidade do objeto é constante. Consequentemente:Um objeto que está em
1. Um copo de vidro;
repouso ficará em repouso a não ser que uma força resultante atue sobre ele.
2. Uma moeda;
Um objeto que está em movimento não mudará a sua velocidade a não ser que
uma força resultante atue sobre ele.
3. Uma capa de papelão para CD.
OBJETIVO:
O experimento teve como objetivo mostrar, através da prática, como funciona e
como é aplicada a primeira lei de Newton, lei da Inércia, com um experimento de
improviso.
DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO:
A montagem e a execução do experimento são bastante simples: coloque uma
capa de papelão para CD na boca do copo. Sobre essa capa coloque uma
moeda, bem no meio da boca do copo. Dê uma pancada, lançando um dedo, no
cartão, na direção horizontal. Observe que o cartão sai, massa moeda cai dentro
do copo. Porque a moeda cai no copo?
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CONCLUSÕES:
De acordo com o princípio da lei da inércia, um corpo tende a se
manter em seu estado de equilíbrio.
Assim, quando bate no
cartão bruscamente a velocidade do mesmo aumenta
consideravelmente, mas a moeda tende a se manter em seu
estado de equilíbrio, ou seja, em repouso. Com isso caindo
dentro do copo.
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Seção 3
CANHÃO DE BORRACHINHA
AUTOR: ERANDI DE LIMA CRUZ
INTRODUÇÃO:
O Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento Linear diz que "todo
sistema sempre conserva constante a sua quantidade de movimento linear", esta
Material:
podendo ser inicialmente nula ou não. Neste experimento, o sistema considerado
1. Uma borrachinha de dinheiro;
é todo o conjunto da base que sustenta o "canhão" mais os lápis de rolagem,
2. Linha de costura;
para o qual a quantidade de movimento linear inicial é nula.
3. Base de madeira e vários lápis redondos;
OBJETIVO:
4. Fósforos.
O experimento consiste em construir um sistema muito similar a um canhão real.
Uma borrachinha de dinheiro é disposta sobre a base de madeira como se fosse
uma atiradeira que está prestes a impulsionar o projétil (veja a figura abaixo). A
linha de costura e o palito de fósforo servem para disparar o "tiro" com a menor
interferência possível. Depois de armado o sistema, dispara-se o "tiro"
simplesmente queimando a linha que mantém a borrachinha esticada. O que se
observa é que enquanto o projétil é lançado num sentido, o resto do sistema se
move em outro sentido, ou seja, recua.
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MONTAGEM:
!Prepare a madeira, de forma que ela fique a mais lisa possível,
retirando todas as farpas e possíveis defeitos.
!Numa das bordas de menor largura fixe dois parafusos nos
cantos da placa, e no centro da borda oposta, o outro parafuso.
!Passe cada uma das pontas da borrachinha pelos parafusos
da extremidade que contém dois parafusos.
!Amarre no centro do elástico um pedaço de linha.
!Puxando a borrachinha pela linha, estique-a na direção do
!Coloque o conjunto já montado sobre a esteira de lápis, e com
o fósforo queime a linha, sem que o palito ou você encoste no
experimento.
OBSERVAÇÕES:
O peso do canhão é importante para se observar um bom recuo.
Portanto, escolha bem a madeira que vai servir de base para o
canhão.
CONCLUSÃO:
A ideia é a de explorar a compensação de quantidades de
movimentos bastante visível que ocorre neste experimento. O
parafuso que está no centro da outra extremidade, e enrole a
projétil, mais leve, se desloca com velocidade maior; o resto do
linha nele, para que fique preso e esticado. Não encoste a
sistema, mais pesado, se deslocaem outro sentido com
borrachinha no parafuso deixe uma folga de mais ou menos um
velocidade menor.
centímetro.
!Coloque algo que sirva de projétil dentro do vértice em V
formado pela borrachinha esticada.
!Coloque os lápis sobre a mesa, um paralelo ao outro formando
uma espécie
de caminho por onde o canhão deverá se deslocar após o tiro.
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Seção 4
MRU
AUTOR: RAIMUNDO IVAN DE OLIVEIRA JUNIOR
OBJETIVO:
A experiência tem como objetivo representar o movimento retilíneo uniforme
(MRU).
Material:
1. Mangueira transparente, trena de costura;
2. Seringa, álcool, água, fita adesiva;
3. Óleo, cronômetro;
4. Base de madeira.
MATERIAL UTILIZADO:
O material utilizado na experiência teve que ser improvisado pois não consegui o
próprio para realização dessa atividade, tais materiais são: um pequeno cano de
borracha 20cm de comprimento e 1cm de diâmetro, um pedaço de madeira
10x30cm, uma seringa, óleo (pode ser de cozinha), álcool, durex, régua,pincel,
uma folha de papel ofício, água e um relógio digital.
DESCRIÇÃO DA EXPERIÊNCIA:
A montagem da experiência é bem simples, primeiro enrolamos o pedaço de
madeira com a folha de papel oficio depois pegamos o cano e acoplamos ao
pedaço de madeira com o durex, em seguida fazemos marcações de 5 em 5cm
(você pode fazer diferente), na folha. A realização do experimento consiste em
colocar óleo dentro do cano que está acoplado na madeira, depois misturamos
água e álcool em uma vasilha e sugamos um pouco com a seringa, logo após
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injetamos o material da seringa dentro do cano de forma a fazer
uma bolinha, esta vai começar a descer quando ela passa pelas
marcações começamos a marcar o tempo. Anote o tempo que
ela leva para passar de uma marcação até a outra, eles vão ser
aproximadamente iguais, demonstrando assim o movimento
retilíneo uniforme.
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Seção 5
Termoscópio
AUTOR: ANTONIO MICHAEEL DE O. DA SILVA
INTRODUÇÃO
O termoscópio é o precursor do
termômetro. O objetivo principal de um
Material:
termoscópio é poder avaliar as
1. Um copo de água com corante, alicate;
variações de temperatura, sem, no
2. Uma lâmpada queimada sem o bulbo;
3. Uma rolha de borracha perfurada que se encaixe á
abertura;
4. Vários pedaços de arame fino e flexível de 5 cm de
comprimento;
entanto, quantificá-las, como ocorre
num termômetro. Uma das grandes
personalidades a idealizar um
termoscópio foi Galileu Galilei.
DESCRIÇÃO
5. Um prego fino de 3 cm, cola de silicone;
Basicamente isso é um modelo do
6. Lamparina a álcool;
termoscópio de Galileu. O original era
7. Duas chapas de madeiras de 15 cm x 20 cm e
5mm de espessura;
feito com um bulbo de vidro provido
8. Um pedaço de 30 cm mangueira plástica flexível e
incolor que se encaixe á abertura da rolha.
ANÁLISE
de um longo tubo também de vidro.
Com ele você pode demonstrar que a coluna sobe quando a temperatura
aumenta e desce quando a temperatura diminui. Havendo a possibilidade,
inclusive, de se construir uma escala.
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Montagem
1-Para prender a, mangueira á chapa de madeira será preciso
utilizar arame. coloque a mangueira em curva sobre a chapa de
madeira ,como mostra a ilustração, e marque com a caneta
alguns pontos em que o arame deverá amarrá-la á chapa.
2-Acenda a lamparina e, segurando o prego com o pregador,
aqueça sua ponta. Quando ela estiver em brasa, fure a chapa de
madeira nos pontos marcados.
3-Encha a mangueirinha com a água colorida. Fecha a lâmpada
com a rolha perfurada e encaixe a mangueirinha na rolha. Não
pode haver aberturas que permitam a passagem do ar: vede-as
com a cola de silicone. A outra extremidade da mangueira deve
ficar aberta.
4-Passe os fios de arame pelos furos e prenda a mangueira e a
lâmpada á tabua, como mostra a figura.
5-Seu aparelho está pronto. Peça que alguém envolva a lâmpada
com a mão, segurando-a por algum tempo, até que se observe
alguma alteração.
6-Se quiser, arranje outra chapa de madeira e fixe a primeira em
posição vertical. Use cola de madeira para colar as duas tábuas.
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Seção 6
ESPELHO CÔNCAVO
AUTOR: JOSÉ ALDI DE LIMA FILHO
Material:
1.
Garrafa pet de 2L de refrigerante (também pode
ser utilizado outro objeto/embalagem que forneça
um anel com diâmetro semelhante);
MONTAGEM
2. Embalagem de salgadinho com o interior
prateado (também pode ser utilizada embalagem
de pó de café);
Corte a garrafa transversalmente a fim de formar um anel, logo após recorte o
3. 2 lasers simples (também pode ser utilizada uma
lanterna porém será necessário o uso de um
menor e mais aberto).
círculo formado no meio, obtendo assim um semicírculo (caso o semicírculo fique
muito fechado, tente abri-lo um pouco ou recorte parte deste a fim de deixa-lo
Recorte um pedaço do papel de salgadinho e
cole-o na parte côncava do semicírculo tomando cuidado para deixar a parte
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refletora (lado prateado) voltada para a concavidade do corte
com a finalidade de formar um espelho côncavo. Com o auxílio
de uma mesa apoie o espelho e mire os dois lasers na parte
refletora deste deixando-os em paralelo de forma que seus raios
toquem a superfície da mesa durante a trajetória, permitindo
assim visualizar melhor o experimento. Note que os raios são
refletidos em direção a um único ponto onde estes se tocam e
que é conhecido como foco do espelho.
EXPLICAÇÃO CIENTÍFICA
Quando um raio de luz incide em um espelho plano, é
refletido com o mesmo ângulo que incidiu em relação ao vetor
normal do espelho. Entretanto se este espelho tiver sua superfície
refletora encurvada em direção a si própria, nós obteremos um
espelho côncavo. Se raios paralelos ao eixo principal incidirem
em um espelho côncavo, eles serão refletidos passando pelo
foco deste espelho. Onde o foco ou distancia focal é metade do
raio de curvatura do espelho.
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Seção 7
LARANJAS DANÇARINAS E OVO MALUCO
AUTOR: FCO. VLADIMIR VITORIANO DA SILVA
COMO FAZER
1. Faça um varal com o barbante.
Material LARANJAS DANÇARINAS:
2. Corte dois pedaços de barbante e amarre um pedaço em cada laranja.
1. Duas laranjas;
3. Pendure as laranjas no varal de barbante, deixando-as na mesma altura.
2. Barbante.
Material OVO MALUCO:
3. Ovo cru.
4. Balance uma das laranjas.
O QUE ACONTECE
Quando a laranja que está balançando começar a parar, a outra laranja começará
a balançar.
POR QUE ACONTECE?
Por causa da energia cinética (energia das coisas em movimento). A energia
cinética da laranja que está balançando passa pelo barbante até a outra laranja.
Essa outra laranja começa a balançar também, até que a energia cinética volta
pelo barbante para a primeira laranja. E assim a energia cinética fica passando
pelo barbante de uma laranja para outra, e as duas ficam balançando
alternadamente.
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OVO MALUCO
MATERIAL:
um ovo cru.
COMO FAZER:
1- Gire o ovo.
2- Pare o ovo rapidamente e solte.
O QUE ACONTECE:
O ovo continua girando.
POR QUE ACONTECE?
O ovo continua girando por causa da inércia. Ela faz com que as
coisas continuem a fazer o que estão fazendo. O que está se
movendo continua a se mover e o que está parado continua
parado. Assim, quando você pára o ovo que está girando, a clara
e a gema dentro dele continuam em movimento.
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Seção 8
Eletroímã
AUTOR: FRANCISCO GILVANE S. DE OLIVEIRA
OBJETIVO
Neste experimento vamos mostrar que é possível criar um ímã muito parecido a
um imã natural com o uso da eletricidade.
Material LARANJAS DANÇARINAS:
1. Fio condutor. Aproximadamente 30 cm de fio
elétrico comum. Pode ser encontrado em casa de
materiais elétricos ou eletrônicos ou então
retirado de enrolamentos elétricos de aparelhos
elétricos ou eletrônicos fora de uso;
2. Duas pilhas comuns 1,5 volts;
3. Pedacinhos de lata de refrigerante metálica;
4. Um prego grande.
CONTEXTO
Quando uma corrente elétrica atravessa um fio condutor, cria em torno dele um
campo magnético. Este efeito foi verificado pela primeira vez por Hans Christian
Orsted em abril de 1820. Ele observou que a agulha de uma bússola defletia de
sua posição de equilíbrio quando havia próximo a ela um fio condutor pelo qual
passava uma corrente elétrica.
Um solenóide constitui-se de um fio condutor enrolado de tal modo que forme
uma seqüência de espiras em forma de tubo. Se por ele passar uma corrente
elétrica, gera-se um campo magnético no sentido perpendicular à uma seção reta
do solenóide. Este arranjo em forma de tubo faz com que apareçam no solenóide
polaridades norte e sul definidas. O resultado final é que o solenóide possui polos
norte e sul, tal como um ímã natural.
Os materiais ferromagnéticos são constituídos de um número muito grande de
pequenos ímãs naturais, conhecidos como dipolos magnéticos elementares. Este
número é da mesma ordem do número de moléculas ou átomos que constituem o
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material. Sem a influência de um campo magnético externo,
metais. Para se verificar a polaridade deste campo magnético,
estes dipolos estão todos desalinhados, de forma que a soma
basta que se façam testes de repulsão e atração. Pode-se então
total de seus campos magnéticos é nula.
verificar que cada lado do eletroímã tem uma polaridade distinta,
Se inserirmos um prego, que é feito de um material
ferromagnético, dentro de um solenóide, o campo magnético
deste irá alinhar os dipolos do prego.
ou seja, um lado será o norte e o outro lado o sul. Podemos ver
que é possível criarmos um ímã com as mesmas características
de um ímã natural, fazendo uso da eletricidade.
Os campos magnéticos dos dipolos se somam e temos então um
novo campo magnético devido ao prego. No total, teremos a
soma dos campos do solenóide mais o do prego. O conjunto de
um solenóide com um núcleo de material ferromagnético é
chamado de eletroímã.
IDÉIA DO EXPERIMENTO
Neste experimento enrolamos um pedaço de fio condutor em um
prego e o ligamos a uma pilha fazendo com que passe corrente
pelo fio. Nesta configuração geométrica do fio condutor, a
corrente elétrica gera um campo magnético no sentido
perpendicular a uma seção reta do prego fazendo com que
apareçam polaridades norte e sul definidos. Ficando a ponta do
prego com uma polaridade e a cabeça do prego com outra,
como se fosse um ímã natural. Para verificar se o nosso eletroímã
estar funcionando pegaremos pequenos pedacinhos de metal
pode ser lata de refrigerante de aço recortadas em pedaços
pequenos. Com esses pedacinhos de metal vamos identificar
que tanto a ponta do prego como a cabeça consegue atrair
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Seção 9
CARRINHO MOVIDO À BEXIGA – JET CAR
AUTOR: LUCAS BERTOLDO(COLABORADOR)
MONTAGEM
Faça 4 furos na garrafa, 2 em cada lateral, em seguida, coloque os alfinetes
furando os botões, depois ponha-os nos canos da lapiseira, simulando assim uma
Material:
espécie de eixo para o nosso carro. Agora vamos criar o que seria o “motor”,
1. 1 garrafa Pet, ou algum material do tipo;
pegue a bexiga, coloque no cano da caneta e prenda a boca da bexiga com a liga
2. 4 Botões;
de borracha, em seguida, prenda o cano da caneta com a bexiga na parte de cima
da garrafa, de modo que, uma das extremidades do cano, ultrapasse a garrafa.
3. 4 Alfinetes;
4. 1 Bexiga;
Encha a bexiga de ar, prenda o ar na bexiga com a tampinha do cano (caso ainda
for posicionar o carrinho), solte o ar e veja o carrinho andar.
5. 2 Canos de Lapiseiras ou canetas.
EXPLICAÇÃO CIENTÍFICA
Essa experiência é semelhante à do balão, que junto a um canudo percorre um
cordão. Os dois experimentos utilizam-se do mesmo princípio: A 3° Lei de Newton
– Ação e Reação. O ar que sai da bexiga pratica a ação, a reação é criada com o
movimento do protótipo de carro na direção oposta.
Observações: Quando preparar o eixo, e colocar na garrafa veja se o mesmo
consegue se movimentar com facilidade pelos furos da garrafa. Ficando bem claro
que esse cuidado quando tomado e consertado é parte essencial para o sucesso
da experiência.
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Observações: Quando preparar o eixo, e colocar na garrafa veja
se o mesmo consegue se movimentar com facilidade pelos furos
da garrafa. Ficando bem claro que esse cuidado quando tomado
e consertado é parte essencial para o sucesso da experiência.
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Seção 10
UM CONE DUPLO ANTI-GRAVITACIONAL
AUTOR: LUCAS BERTOLDO
OBJETIVO
Mostrar um objeto que se desloca, aparentemente, contra a gravidade.
Material:
1. Dois funis de mesmo tamanho colados pelas
bordas;
2. Dois bastões cilíndricos de madeira, plástico ou
metal;
3. Apoios para os bastões.
DESCRIÇÃO
A figura acima mostra a montagem dessa experiência. O objeto que está sobre a
rampa é feito com dois funis idênticos, colados um ao outro pela borda larga. A
rampa é feita com dois bastões cilíndricos servindo de trilhos. Na parte mais alta a
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separação entre os trilhos é maior que na parte inferior.
Colocando o funil duplo sobre a rampa ele parece subir,
contrariando a gravidade.
ANÁLISE
Levantar um objeto significa alçar seu centro de gravidade para
uma posição mais alta. Nessa experiência, enquanto o funil duplo
parece subir a rampa, seu centro de gravidade desce.
A figura ao lado explica essa aparente contradição. Ao fazer a
experiência observe cuidadosamente o que acontece com a linha
horizontal que passa pelo centro de gravidade do cone duplo
(seu eixo de simetria).
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Seção 11
PASSAS BAILARINAS
AUTOR: RAI JUCÁ
INTRODUÇÂO
Um truque realmente engraçado você pode fazer fácil, fácil, e encantar os amigos.
São as passas bailarinas, que bailam ao sabor de bolhinhas de ar! Usaremos de
Material:
um refrigerante (guaraná, coca-cola, soda limonada etc.) e uvas passas. Corte-as
1. Refrigerante, uva-passas;
ao meio e coloque-as no saboroso líquido gaseificado de sua escolha. Você verá
que elas afundam e, em seguida, sobem e mergulham novamente, diversas vezes.
ANÁLISE
O que acontece?
Os refrigerantes contém quantidade apreciável de gás CO2 (dióxido de carbono),
dissolvido no líquido sob pressão. Bolhas de gás formam-se na superfície da uva
passa, fazendo com que a densidade do conjunto se torne menor do que a do
líquido, e por isso ela sobe. Quando a passa atinge a superfície, parte das bolhas
estouram ou se desprendem e a densidade da passa torna-se então maior do que
a do líquido, e elas afundam. O processo se repete até que a quantidade de
bolhas formadas não sejam suficientes para que os pedaços de passas flutuem
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Seção 12
MOTOR ELÉTRICO CASEIRO
AUTOR: ALEXANDRE GONÇALVES PINHEIRO
OBJETIVO
Verificar os efeitos do campo
magnético atuando em um
Material:
enrolamento de fios(solenóide ou
1. 2 pilhas AA, imã, chave, e fio esmaltado;
bobina) percorrido por uma corrente
2. Saboneteira, suporte de pilhas, estilete;
3. Barramento SINDAL.
elétrica.
INTRODUÇÃO
Um motor elétrico é uma montagem
que envolve imã, fonte de corrente,
e enrolamento de fio esmaltado. Ao
lado (figura 1) temos um diagrama.
O princípio é que: Ao receber uma
corrente a espira pode estar com pólo igual ou diferente do ímã. Se for igualeles
se repelem, se diferente se atraem. Por isso damos um peteleco para o mesmo
ficar girando serepelindo, teste o peteleco para frente ou para trás, ele irá
continuar a girar só em um sentido. Veja o nosso kit na figura 2 (podendo variar no
visual). O mesmo tipo de motor CC (corrente contínua: pilhas, baterias) estão
presentes nos motores de carros de brinquedo,motores de arranque e
limpadores(neste caso o ímã é substituído por outro enrolamento de fio) Se
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girarmos a bobina sem as pilhas, o mesmo produz eletricidade (o
mesmo dos geradores das usinas elétricas).
PROCEDIMENTO
Para que o motor possa
funcionar sem erros (veja o vídeo) é
preciso que os mancais estejam regulados, nem muito baixo e
nem muito alto (vá tentando). Isto já com a bobina inseridas.
Como fazer a bobina?
2- Coloque a bobina(ou espiras) de acordo com a figura 2. Ligue
a chave e dê os petelecos(leves com o seu dedo indicador) em
duas direções e veja em qual ela girará.
DICAS
Você pode montar este motor em sua casa de forma mais
simples, basta usar (figura abaixo):
1- Enrole de 30 a 50cm de fio esmaltado (0,5mm de diâmetro em
média) em uma pilha AA(ou uma caneta de marcação de Cds,
veja o diâmento melhor, que não escoste na base). Umas seis
voltas. Enrole as pontas em torno nas espiras e deixe 1 cm de
cada lado. Raspes o esmalte das pontas com um estilete,
girando e raspando. Veja as figuras acima.
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1- Uma tábua de madeira para a base.
2- Dois pedaços de fio 14, de 4 cm para os mancais.
3- Um ímã de alto-falante, geladeira ou HD de computador.
4- Pregos, alicates, chaves, etc...
Questionário:
1- Onde encontramos o motor CC em nossa casa?
2- Como funcionam os dínamos?
3- O que são motores de passo?
4- Podemos fazer um motor que gira com o líquido ao invés de
bobina? Pense em uma idéia.
5- Escreva mais de três linhas sobre: (a) Lei de Lenz, (b) lei de
faraday e (c) Lei de Ampére.
RESOLVENDO PROBLEMAS:
Caso a bobina não gire. Raspe os mancais de cobre com um
estilete ou chave de fenda. A oxidação natural, cria uma camada
isolante. Isto pode ocorrer em questão de 5 dias. Também
sempre raspe as pontas da bobina.
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Seção 13
CALORIMETRIA
AUTOR: ALEXANDRE GONÇALVES PINHEIRO
OBJETIVOS
Material:
1. Calorímetro(recipiente), termômetro, fonte de
calor(aquecedor);
2. água, peça de alumínio, latão e cobre e uma
balança.
Determinar a capacidade térmica de um calorímetro e o calor específico de vários
sólidos, pelo método da mistura.
FUNDAMENTOS:
Uma das características das substâncias é o calor específico, pois é próprio
de cada uma e é praticamente invariável para a mesma substância. Por
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PARTE PRÁTICA:
definição, calor específico
de
uma
substância é
quantidade
de
a
PROCEDIMENTO I
calor
necessária para elevar de
Como o recipiente e o termômetro absorvem calor em
10 C a temperatura de um
quantidade significativa, é necessário que se conheça a
grama
“capacidade
dessa
Segundo
substância.
a
conhecida
calorífica” (C)
como
“equivalente
do
em
conjunto,
água”,
também
isto
é,
a
termodinâmica:“Havendo
quantidade de água que absorverá tanto calor quanto
troca
o conjunto das três peças.
de
calor
entre
os
corpos isolados termicamente do meio externo, a quantidade
de calor cedida pelos corpos que arrefecem é igual à
Pode-se determinar
a
capacidade
calorífica
sem
se
quantidade de calor recebida pelos corpos que aquecem”.
conhecerem previamente as massas e os calores específicos
Haverá trocade calor entre eles até que a igualdade de
desses componentes, executando o procedimento a seguir:
temperatura se
estabeleça. Um método
simples
para
se
determinar o calor específico de uma substância é chamado
“método das misturas”. Como o nome indica, esse método
a) Colocar uma massa m’= 100 gramas (que são 100 ml) de
água no calorímetro;
consta em “misturar” corpos com temperaturas diferentes,
b) Depois do equilíbrio térmico (mais ou menos 3 minutos)
porém
anotar a temperatura t0 dessa mistura formada pela água,
conhecidas.
A mistura
deve
ser
realizada
num
ambiente isolado termicamente para que a troca de calor
seja restrita aos corpos em estudo. O calorímetro, descrito a
seguir,
proporciona
esse
ambiente
dentro
de
limites
razoáveis. Eleé constituído de um recipiente metálico ou
plástico, protegido por um outro que é isolante térmico
(isopor).
O agitador é opcional podendo ser agitada a garrafa
térmica levemente.
recipiente e termômetro.
c) Aquecer m = 100 gramas de água à temperatura T = t0 +
10 oC; (Exemplo: se t0 = 30 oC, aqueça até 40 oC. Não precisa
ser exato)
O aquecimento pode levar menos de dois minutos. Agite a
panela e veja a temperatura. Cuidado para não quebrar o
termômetro e nem encostar no aquecedor. d)Para evitar perda
27
de calor, juntar rapidamente essa água aquecida à água do
calorímetro;
-c0 = calor específico da água
1 cal / g oC
-T = temperatura da água quente__________
e) Agitando o recipiente por 1 minuto, aguardar
o
equilíbrio
térmico e anotar a temperatura t atingida pela mistura (água
quente, água fria e os componentes do calorímetro).
-t0 = temperatura da água fria
Aplicando o princípio da conservação da energia, temos:
-t = temperatura final da mistura
Qcedido= Qganho..............................
-C = capacidade calorífica do calorímetro _______
(1)
___________
__________
Considerando que não houve troca de calor entre calorímetro
e meio-ambiente:
De (2), temos: C = .....................(3)
Calor cedido pela água quente = Calor ganho pela água fria
+ Calor ganho pelo calorímetro,
PROCEDIMENTO
II
ou seja:
Para calcular o calor específico de uma substância qualquer,
conhecendo-se previamente
o equivalente
em
água
do
equipamento, a fórmula (1) nos dá:
Calor cedido pelo corpo aquecido = calor ganho pela água e
pelo calorímetro:
onde :
-m = massa de água quente __________
-m’ = massa de água fria __________
28
- c = calor específico da substância em teste
c)Colocar no calorímetro, com rapidez , a substância em
teste, para não haver perda de calor;
- c0= calor específico da água
- m’= massa de água no calorímetro
d)Balance o recipiente térmico para uniformizar a temperatura
- M = massa da substância em teste
da “mistura” e anotar na tabela a temperatura de equilíbrio
(t). Deixe uns 2 minutos.
- T = temperatura inicial da substância em teste
- m0 = massa equivalente
em
água,
do
calorímetro(numericamente é igual a C da fórmula (03)
-t = temperatura de equilíbrio da “mistura”
-t0 = temperatura da água fria
a) Colocar no calorímetro a massa m’ = 200 gramas de água,
à temperatura ambiente t0 . Anotar na tabela;
b)Aquecer a uma temperatura T = 70 oC a substância cujo
calor específico C se queira determinar(dentro da panela e
aquecedor, figura 5 acima). Para isso deixar imersa em água
e) Pegue outros materiais, como pedaços de ferro (parafuso de
roda de carro), ou de cobre. Use uma balança de precisão (a
venda por menos de R$20,00 no M livre)
antes de aquecer e durante o aquecimento. Anotar na Tabela; O
aquecimento pode levar menos de 5 minutos. Agite a panela e
veja a temperatura. Cuidado para não quebrar o termômetro e
E. QUESTIONÁRIO:
nem encostar no aquecedor.
29
1- Lembrando que o calor específico da água é maior
que o da areia, explique por que as brisas marítimas
sopram, durante o dia, do mar para a terra, e, à noite, em
-Prata
-Água
sentido contrário. Discuta a influência destes fatos sobre o
clima das regiões à beira-mar.
2- O calor pode ser absorvido por uma substância sem que
esta mude sua temperatura?
3- Quando um objeto quente esquenta um frio, suas
mudanças de temperatura são iguais em magnitude? Dê exemplo
extraído desta prática.
4- Dois sólidos de massas diferentes, a uma mesma
temperatura, recebem iguais quantidades de calor. Que relação
há entre seus calores específicos?
5- Consultara Literatura Científica de modo a obter os
calores específicos das substâncias abaixo.
Obs: Citar a fonte consultada.
-Alumínio
-Cobre
- Latão
-Ouro
30
Seção 14
MOTOR ELÉTRICO CASEIRO 2
AUTOR: FCO. ADALCÉLIO B. PIMENTA
OBJETIVO
Nessa atividade, iremos propor a construção de um motor elétrico. Cuja finalidade
é ensinar os conceitos envolvidos no funcionamento de motores elétricos.
Material:
1. 1 pilha grande, imã, chave, e fio esmaltado;
2. Dois clipes de papel! e um fio de cobre esmaltado
# 20 a # 26;
INTRODUÇÃO
Montagem
Eis o aspecto geral da montagem:
3. 1 base de madeira, plástico ou duratex de
(10x10x1) cm.
4. Como auxiliares usaremos: alicate de bico, faca
ou estilete e durex.
Sequência e detalhes para a montagem:
a) Cole a pilha grande na região central da base;
31
b) Cole o ímã (estator) sobre a pilha, por exemplo, com a face
etc. Preste a devida atenção para os terminais dessas bobinas,
NORTE voltada para cima (uma bússola poderá ajudá-lo nessa
pois eles funcionarão tanto como eixo de rotação do motor como
identificação);
coletores de corrente elétrica. Ajuste bem esses terminais, com o
c) Os mancais para a bobina (2 deles) devem ser feitos com gripe
de papel. Use do alicate para enrolar uma das extremidades de
cada um dessa gripe. As extremidades inferiores desses mancais
serão fixadas com durex diretamente sobre os terminais (+) e (-)
da pilha. A altura correta é aquela que permitirá à bobina passar
bem rente ao ímã.
d) Faça a bobina (rotor), inicialmente com uma só espira. Numa
outra oportunidade você poderá fazer, como uma variante da
montagem, outra bobina com várias espiras. Uma só espira torna
o motor mais didático e facilita as explicações de seu
funcionamento, porém gastará a pilha bem mais rapidamente do
que, por exemplo, fazer a bobina com 10 ou 20 voltas (a bobina
confeccionada apresenta 6 voltas).
alicate, de maneira que fiquem alinhados com o eixo horizontal
da bobina. Raspe completamente o verniz de um desses
terminais da bobina e no outro terminal raspe apenas uma das
metades ao longo do fio. Isso funcionará como comutador para o
funcionamento do motor.
e) Coloque a bobina nos mancais, adaptando seus terminais nas
espiras do fio grosso (que já devem estar raspados). Centralize
bem o conjunto móvel. Observe que, devido a raspagem de uma
das extremidades do fio de um só lado, com uma face da bobina
voltada para o ímã não deve haver contado elétrico entre a
bobina e os mancais e, com a outra face virada para o ímã, sim.
PONDO O MOTOR PARA FUNCIONAR
Terminada a montagem, dê um pequeno impulso ao rotor e ele
Em ambos os casos, todavia, a parte do fio que servirá de eixo
deve continuar girando. Se não girar é porque a posição da
da bobina deverá ser totalmente raspada (para retirar o verniz
extremidade semi-raspada do terminal da bobina não é a
isolante) e a outra apenas semi-raspada (só metade do fio). Veja
adequada. Com o alicate, vá lentamente torcendo esse terminal
isso na ilustração.
(testando) até obter a posição correta.
SUGESTÃO
Se você está trabalhando em equipe, nada impede que cada
participante faça sua própria bobina-rotor. As demonstrações
poderão ser feitas com bobina de 1 espira, 5 espiras, 10 espiras
32
EXPLICAÇÃO CIENTÍFICA
Todos os motores elétricos valem-se dos princípios do
eletromagnetismo, mediante os quais condutores situados num
campo magnético e atravessados por correntes elétricas sofrem
a ação de uma força mecânica, ou eletroímãs exercem forças de
atração ou repulsão sobre outros materiais magnéticos. Na
verdade, um campo magnético pode exercer força sobre cargas
elétricas em movimento. Como uma corrente elétrica é um fluxo
de cargas elétricas em movimento num condutor, conclui-se que
todo condutor percorrido por uma corrente elétrica, imerso num
campo magnético, pode sofrer a ação de uma força.
33
Seção 15
VIDRO INVISÍVEL
AUTOR: MARIA LUANA DE SOUZA ALMEIDA
PROCEDIMENTOS
Coloque os 100 ml de glicerina no recipiente transparente de plástico e os 100 ml
de água no copo de vidro. O recipiente de plástico deve ser de um tamanho que
Material:
caiba o copo de vidro dentro dele. Quando o copo fica submerso na glicerina
1. Um copo de vidro;
observa-se que ele fica invisível.
2. Um recipiente de plástico transparente;
Por que isso acontece?
3. 100 ml de glicerina;
4. 100 ml de água.
Isso acontece porque o índice de refração do vidro é praticamente igual ao índice
de refração da glicerina sendo assim quando a luz passa pelos dois meios é como
se ela estivesse passando por um só, pois a velocidade dela não muda. Concluise que para ficar invisível um objeto teria que ter a mesma densidade do ar, o que
não parece ser nada fácil.
34
A imagem mostra a tentativa de se construir o manto da
invisibilidade. Usando nanomateriais os cientistas conseguiram
fazer parte da luz atravessar o objeto ao invés de ser absorvida
por ele.
35
Seção 16
CANHÃO DE BORRACHA 2
AUTOR: MARIA VALDÊNIA MOURA DOS SANTOS
OBJETIVO:
Mostrar que em um sistema onde inicialmente não existe movimento e então duas
partes diferentes do sistema começam a se movimentar, existe uma
Material:
compensação:" Os movimentos ocorrem na mesma direção, mas de sentidos
1. Uma borrachinha de dinheiro;
opostos.
2. Linha de costura;
BREVE EXPLICAÇÃO
3. Base de madeira e vários lápis redondos;
4. Fósforos.
O princípio da conservação da quantidade de movimento afirma que a quantidade
de movimento total do sistema se conserva se não existir nenhuma força externa
atuando no sistema.Nesse caso iremos observa o suporte de do canhão (no caso
os lápis de rolagem) para qual a quantidade de movimento linear inicial é nula.
IDEIA PRINCIPAL
Construiremos um sistema similar a um canhão real. Usaremos uma borrachona
de dinheiro sobre a base do canhão com a função de atiradeira que estará prestes
a impulsionar o objeto. A linha de costura e o palito de fósforo serviram para""
dispara o tiro.
Após o sistema montado disparamos o tiro apenas queimando a linha que
mantém a borrachinha esticada. O que observamos é que enquanto o objeto e
36
lançado num sentido, o resto do sistema esse move no sentido
! ·Coloque os lápis sobre a mesa, um paralelo ao outro
oposto, ou seja, recua. A ideia é a de explorar a compensação de
formando uma espécie de caminho por onde o canhão deverá se
quantidade de movimento bastante visível que ocorre neste
deslocar após o tiro.
experimento. O objeto mais leve se desloca com velocidade
maior, o resto do sistema que é mais pesado, se desloca no
sentido oposto com velocidade menor.
MONTAGEM
! Prepare a madeira, de forma que ela fique mais lisa
possível.
! Numa das bordas de menor largura fixe dois parafusos nos
cantos da placa, e no centro da borda oposta o outro parafuso.
! Passe cada uma das pontas da borrachinha pelos
parafusos da extremidade que contém dois parafusos.
! ·Amarre no centro do elástico um pedaço de linha.
! ·Puxando a borrachinha pela linha, estique-a na direção do
parafuso que está no centro da outra extremidade, e enrole a
linha nele, para que fique preso e esticado. Não encoste a
borrachinha no parafuso deixe uma folga de mais ou menos um
centímetro.
! ·Coloque um objeto do vértice em forma de V formado pela
borrachinha esticada.
37
Seção 17
CÂMARA ESCURA PORTÁTIL
AUTOR: FCO. EDUARDO DA SILVA DO CARMO
INTRODUÇÃO
Durante muito tempo acreditou-se que o processo da visão ocorria porque dos
olhos das pessoas partiam “raios visuais” que, ao atingir os objetos, Garantiam a
Material:
percepção da sua cor e forma. Assim, surgiram outras dúvidas: Por que não
1. Uma lata vazia, como a de leite em pó, um
martelo;
vemos no escuro? Como esses “raios visuais” seriam gerados?
2. Meia folha de papel-cartão preto;
3. Um pedaço de papel vegetal de mais ou menos 15
cm x 15 cm, cola plástica, fita crepe;
4. Um prego bem fino, da grossura da grafite de um
lápis comum.
Depois de muito tempo, descobriu-se que nossos olhos são receptores de luz. Os
corpos que não possuem luz própria são vistos porque a luz de uma fonte
qualquer é refletida por eles e chega até nossos olhos, trazendo informações
acerca de sua cor.
PROCEDIMENTO
Forre o interior da lata com um pedaço do papel-cartão preto, para evitar que a
luz reflita nas paredes da lata e atrapalhe a visualização. Para isso, basta cortar
uma tira de cerca de 12 cm de largura e 40 cm de comprimento, enrolá-la em
forma de um tubo com diâmetro um pouco inferior ao da abertura da lata e
colocá-la no interior dela. Ajuste-a de forma a ficar “colada” na parede. Com o
prego e o martelo, peça a um adulto para fazer a entrada da luz bem no centro do
fundo da lata. Passe cola na “boca” da lata e emborque-a sobre o papel vegetal;
deixe-a nessa posição por cerca de cinco minutos e recorte a sobra de papel
vegetal.
38
Por fim, enrole o restante de papel-cartão em volta da lata, como
que prolongando sua altura, deixando a “tampa” de papel vegetal
numa região escurecida. Fixe a tira nesta posição com fita crepe.
Sua câmara escura portátil está pronta! Aponte o orifício na
direção da janela e verifique se há alguma imagem sobre o papel
vegetal. Aproxime o rosto do tubo de papel-cartão, pois assim a
luz ambiente atrapalhará menos sua observação.
Você deve ter percebido que a imagem aparece invertida; a
câmara escura original de Alhazen também tinha o mesmo
“problema” que a sua montagem, mas como a imagem do Sol é
idêntica se invertida, isto não atrapalhou em nada a observação
do eclipse! A inversão das imagens acontece por causa de uma
propriedade muito importante: a luz só se propaga em linha reta.
Essa propriedade também é responsável pela formação das
sombras e pelos eclipses.
39
Seção 18
ARRASTÃO
AUTORA: ANTONIA MARIA JOSÉ PINHEIRO
OBJETIVO
Mostrar que não há relação entre a força de atrito que age em um objeto e sua
área de contato com a superfície em que desliza.
Material:
1. 3 caixas de CD, um elástico fino, uma régua;
2. Fita adesiva, um lápis;
3. Caneta hidrocor (ou qualquer uma que marque
elástico).
IDÉIA DO EXPERIMENTO
A maior parte das opiniões a respeito da relação entre a força de atrito e a área de
atrito entre um objeto qualquer e uma superfície é quanto maior a área de contato,
maior a força de atrito. O experimento consiste em algumas caixas de CD
puxadas por um elástico fino de duas formas: na primeira estão espalhadas como
um tapete, na segunda elas estão empilhadas com uma área de contato com
superfície muito menor que a primeira.Se a iminência do movimento das caixas, a
distensão do elástico for igual nas duas situações concluir-se que a força de atrito
não depende da área de contato entre as superfícies.Estamos supondo que a
distensão do elástico mede a força aplicada para vencer a força de atrito.Em
nossa experiência a força de atrito aumentou quando a área de contato diminuiu
(mas não na mesma proporção), fato que vai contra a idéia que a maioria das
pessoas tem a respeito.Percebe-se que neste caso, que ao empilhar as caixas e
ocasionar um aumento de pressão de contato , aumenta-se o número de soldas
microscópicas apesar da área ter diminuído.
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MONTAGEM
Ponha três caixas de CD sobre a mesa.
Prenda o elástico na primeira caixa.
Complete a estrutura, prendendo as caixas de CD uma
atrás da outra.
Puxe o elástico até que ele fique esticado, porém não
distendido; faça uma marquinha nele com a caneta. Esta marca
será seu indicador.
Ainda na mesma posição, risque uma reta na mesa na
direção do elástico com o lápis e marque, na reta, qual a posição
do indicador no elástico.
Deslize a régua sobre a reta (para que ela não atrapalhe o
movimento das caixas) até que ela marque zero centímetro na
marca que você fez na mesa.
Puxe o elástico até que o conjunto esteja quase se movendo.
Registre o quanto o elástico esticou. Repita mais algumas vezes
e faça uma média dos valores registrados.
Descole a última caixa, dobre a segunda sobre a primeira, e
ponha-a sobre as outras duas.
Repita o procedimento de medida anterior e compare os valores
das duas medidas.
41
Seção 19
PERISCÓPIO
AUTOR: FRANCISCO KLEVINHO F. DOS SANTOS
INTRODUÇÃO
O periscópio é um instrumento fundamental nos submarinos, usados para captar
imagens acima da superfície da água. Eles foram muito utilizados também nas
Material:
guerras, para observar o movimento inimigo de dentro de trincheiras sem correr o
1. Cartolina preta ou papelão recoberto com papel
preto;
risco de ser alvejado.
2. Dois espelhos planos comuns de 9 cm por 14 cm;
3. Régua, tesoura ou estilete, cola, durex ou fita
adesiva, régua, etc...
O periscópio básico emprega dois espelhos, paralelos, a certa distância um do
outro. Os raios luminosos atingem o primeiro espelho, que os reflete para o
segundo espelho; daí énovamente refletidos para o visor.Sua aplicação vai desde
“olhar por cima do muro” até observar um desfile nos dias festivos, com toda uma
multidão pela frente a atrapalhar sua visão direta.
42
MONTAGEM
1- Obter a cartolina preta (ou papelão) e cortá-la nas medidas 43
abaixo (esquerda) ilustra essas propriedades entre objeto e
imagem conjugada por um espelho plano.
cm por 66 cm;
2- Traçar as linhas de referência e cortar a cartolina nas regiões
indicadas em vermelho;
3- Dobrar a cartolina segundo as linhas marcadas em vermelho;
4- Fechar a dobradura e observar se houve alguma falha nos
cortes ou nos vincos e apreciar como deverá ficar a montagem
final;
5- Colocar os espelhos no interior da montagem, ajustando-o
para a inclinação correta; verificar o funcionamento mesmo antes
de colar a última face da caixa.
6- Usar cola ou fitas adesivas para fixar tanto o espelho nas
laterais internas da caixa como para o fechamento final da caixa.
7- Se tudo estive correto cole a ultima face e ai é só se divertir
com seus colegas.
Ao final você terá algo parecido com as imagens abaixo:
Os espelhos planos fornecem, a partir da luz proveniente de um
objeto real, uma imagem virtual, do mesmo tamanho do objeto e
simétrica ao objeto, em relação ao espelho (d = d'). A figura
43
A ilustração acima (direita) indica dois espelhos planos
associados de modo que suas faces refletoras são paralelas. O
raio de luz (vermelho) reflete-se no primeiro espelho, reflete-se no
segundo e sai na mesma direção do raio incidente original. Esse
é o princípio de funcionamento do periscópio.
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Agradecimentos: PROGRAD - UECE - CAPES - FECLESC DEPARTAMENTO DE FÍSICA FECLESC.
Editoração: Alexandre Gonçalves Pinheiro
Coordenador de área PIBID Física UECE (FECLESC)
[email protected]
www.agopin.com
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