Medindo Forças
Nesta atividade o professor deverá previamente organizar o material para realização do experimento. Na sala de aula, após apresentação da simulação, divida a turma em grupos de 4 alunos e distribua para cada grupo: um suporte que pode ser de madeira, uma mola flexível, uma tirinha de papel branca para colar no suporte, cola escolar, um copo de plástico, cerca de 30 cm de barbante ou linha e 5 bolinhas de mesmo tamanho e mesmo material, por exemplo, bolinhas de vidro. O procedimento do experimento está ilustrado na Figura 01,ele é equivalente ao apresentado na simulação acima.
Montagem:
Pendure a mola fixando sua extremidade superior no suporte. Prepare o copinho amarrando um pedaço de barbante em dois pontos de sua beirada para pendurá-lo, no gancho da mola, como na figura.
Procedimento:
- Marque um ponto fazendo um traço na tira de papel de modo que este traço coincida com a extremidade da mola, anote este traço com o número 0 (zero). Pese as bolinhas ou meça a massa das bolinhas; sendo as bolinhas iguais, pese o conjunto das 5 bolinhas e calcule o peso de cada uma pela média aritmética.
- Coloque uma bolinha dentro do copo e marque novamente outro traço na tirinha coincidente com a extremidade da mola, anote o número 1.
- Adiciona mais uma bolinha no copo e novamente faça um traço na tirinha coincidindo com a extremidade inferior da mola, anotando na frente do traço o número 2.
- Adicione mais uma bolinha repetindo o procedimento anterior escrevendo o número 3 na frente do traço.
- Repita o procedimento colocando mais uma bolinha e anotando na frente do traço o número 4.
- Acrescente a quinta bolinha, repita todos os passos e anote na frente do traço o número 5.
Os passos descritos no procedimento acima estão ilustrados na sequência dos esquemas da Figura 01.
Se o professor tiver dificuldades em conseguir molas, esta poderá ser substituída por um pedaço de elástico, cerca de 50 cm de comprimento, como na Figura 02.
Mesmo para escolas com laboratórios bem equipados, o professor poderá substituir a mola pelo elástico em alguns grupos para comparar os resultados, inclusive tanto as molas quanto os elástico poderão de preferência possuir constantes elásticas diferentes a fim de provocar discussão entre os grupos ao final dos resultados.
Atividade II
O professor deverá lembrar aos alunos que pelo princípio de ação e reação a mola, ao suportar o peso das bolinhas, exerce sobre o peso delas uma força de reação, F de módulo igual ao peso das bolinhas.
Para que o princípio de ação e reação na mola se torne marcante para os alunos, o professor poderá apresentar a seguinte simulação para a turma, sobre a lei de Hooke, disponível em:
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=25563
Depois peça que cada grupo, após ter marcado todos os pontos na tirinha de papel, meça a distância a partir da marca inicial, traço 0 e o traço referente a cada força, peso das bolinhas, valores de x, (x1, x2, x3, x4 e x5 na figura), anotem os valores e preencham a tabela abaixo.
Peça também às equipes que com os valores preenchidos na tabela tracem o gráfico da força F, exercida pela mola em função da deformação x por ela sofrida.
A representação gráfica correspondente aos valores experimentados deverá ser uma reta, mesmo se alguns pontos ficarem ligeiramente fora dela, desde que o esforço exercido na mola ou no elástico esteja dentro de seu limite de elasticidade, o que provavelmente ocorreu, já que o peso suportado foi pequeno. “Se em algum grupo isso não aconteceu, cabe ao professor descobrir, junto ao grupo, se ocorreu alguma falha, como por exemplo, erro numa medição ou erro ao plotar os pontos do gráfico”. Usando o gráfico encontre uma relação entre F e x, sendo uma reta o valor do coeficiente angular da reta é a constante elástica da mola, ou do elástico, normalmente representada pela letra k.
Como exemplo suponha que tenham preenchido a tabela com os dados da tabela abaixo.
No gráfico da Tabela X, quadro à direita superior na figura,está indicado a relação entre F e x.
Atividade III
Após comentários dos valores obtidos na tabela e da representação do gráfico, o professor poderá fornecer um objeto qualquer a cada grupo, uma pedrinha, por exemplo, cuja massa esteja dentro dos valores usados nos experimentos realizados, e pedir que determinem o valor do peso do objeto usando a mola ou elástico do experimento. Deverão medir a deformação da mola ou do elástico causada pelo peso do objeto e multiplicar pela constante elástica, de acordo com a relação F e x que encontraram.
Por exemplo, se o objeto provocou na mola uma deformação de 7,5 cm, como na Figura 03, abaixo, usando a relação do gráfico da Tabela x, obtém-se: F = 2,5 (gf/cm).7,5cm; F = 18,75 gf, ou aproximadamente 19 gf.
O professor poderá terminar a aula apresentando para a turma uma simulação, com a finalidade de exemplificar uma situação em que se aplica a elasticidade de uma corda; tal simulação está disponível na internet, no Portal do professor, com título e endereço a seguir:
Esta atividade foi extraída da aula Medindo Forças, do professor José Aangelo de Faria – Viçosa/MG. Disponível no Portal do Professor/ MEC. Acessado em 12/07/2013. Todas as informações contidas são de responsabilidade do autor.
