Carrinho de dar cordas usando carretel

(1)

ENGENHARIA AMBIENTAL

Carrinho de dar cordas usando carretel

Discentes

Marcela K. Santos

Talita R. Carvalhaes

Thayla N. Oliveira

Vitória C. Oliveira

Sorocaba

2018

(2)

Marcela K. Santos Talita R. Carvalhaes

Thayla N. Oliveira Vitória C. Oliveira

Carrinho de dar cordas usando carretel

Relatório apresentado ao curso de

Engenharia Ambiental na

disciplina de Laboratório de Física II, sob responsabilidade do Prof. Carlos Augusto Escanhoela Júnior.

SOROCABA

(3)

Objetivo

O objetivo de construir um carrinho de dar cordas utilizando um carretel é poder estudar alguns conceitos físicos de cinemática de uma forma mais descontraída como, analisar um movimento aproximadamente retilíneo e uniforme e discutir conceitos ligados ao movimento circular.

(4)

Introdução

O carrinho de dar cordas é um brinquedo conhecido há muito tempo e quando feito em casa, utilizando um carretel, é possível discutir conceitos bastante importantes no campo da cinemática.

Com o carrinho pronto em mãos, como na figura 1 abaixo, é possível começar os estudos. O primeiro conceito a ser observado está no palito maior, o qual damos corda para fazer com que o carrinho se mova, pois ao girar o palito o elástico se enrola e nesse processo há o acúmulo da sua energia potencial que será utilizada para o movimento do carrinho.

Figura 1: Carrinho montado

Fonte: _{www.cienciamao.usp.br}

Depois do palito ser girado, o carretel vai iniciar um movimento lento. A partir desse movimento é possível construir um gráfico da posição da ponta do palito em função do tempo como parte dos estudos.

Figura 2: Análise do movimento do carretel

(5)

Além disso, com esse carrinho é possível analisar o torque, uma vez que, dependendo da maneira com que é construído o carrinho, a ponta do palito pode gerar um torque que vai fazer o carrinho girar e o movimento deixará de ser retilíneo.

Muitos conceitos podem ser estudados a partir desse objeto, sendo possível, também, explorar o movimento circular uniforme (Figura 3)

Figura 3: Movimento circular uniforme

(6)

Materiais e métodos Materiais ✓ Elásticos de dinheiro ✓ Carretel de plástico ✓ Isqueiro ✓ Cola quente ✓ Clipe ✓ Velas ✓ Palitos de dente Métodos

Inicialmente, deve-se cortar a vela em pedaços, cada um de

aproximadamente 2 cm. Após isso, abrir um clipe, aquecer uma de suas pontas e furar a vela, criando um furo central na mesma, permitindo a passagem futura do elástico de dinheiro.

Com o clipe aberto, na sua outra extremidade moldar uma espécie de gancho, prendendo o elástico, dando uma volta e, então, passá-lo pelo meio da vela colocando um pedaço de palito de dente para que o elástico não escape da vela, como mostra a figura 1 abaixo.

Figura 1

(7)

Em seguida, é preciso encaixar esse sistema no carretel. Com o auxílio do clipe, passá-lo pelo meio do carretel e na outra ponta prender com um pequeno pedaço de palito para segurar o elástico e, então, é possível retirar o clipe que serve apenas para ajudar na passagem do elástico (figura 2). Além disso, colocar cola quente nessa extremidade para fixar o palito, impedindo que o mesmo gire e desfaça a corda no interior do carretel (figura 3).

Figura 2 Figura 3

Fonte: autoral Fonte: autoral

Diante disso, o carrinho utilizando carretel está pronto para ser usado. Basta apenas girar o palito maior algumas vezes que irá produzir e energia necessária no elástico para fazer com que o carrinho se movimente lentamente.

(8)

Resultados e discussão

Ao girar o palito, o elástico enrola-se e a energia potencial do mesmo fica acumulada no carrinho.

O elástico vai tender a se desenrolar. Como existe um atrito muito grande entre o palito pequeno e o carretel, somente o palito grande, que está apoiado na vela, teria possibilidade de fazê-lo. Porém, a superfície impede esse giro, logo quem acaba girando é o carretel, fazendo com que o carrinho se mova.

Dependendo da maneira que é montado o carrinho, a extremidade maior do palito pode gerar um torque que vai fazer o carrinho girar e o movimento não será retilíneo.

Além disso, com o carrinho podem ser explorados alguns conceitos do movimento circular uniforme.

Se colocarmos o carrinho na vertical (figura 4), pode-se notar que a ponta do palito tem uma velocidade maior que sua outra extremidade. Com isso, é possível discutir os conceitos de velocidade angular, período e frequência.

Figura 4

(9)

Analisou-se os movimentos do carrinho de quatro formas distintas:

➢ 1º:_{Dando uma volta no elástico do carrinho em uma superfície lisa (Figura 5)} ➢ 2°:_{Dando uma volta no elástico do carrinho em uma superfície áspera (lixa)} ➢ 3°: Utilizando o elástico sem dar nenhuma volta em uma superfície lisa

(Figura 6)

➢ 4°: _{Utilizando o elástico sem dar nenhuma volta em uma superfície áspera} (lixa)

Figura 5 Figura 6

Fonte: autoral Fonte: autoral

Ao analisar essas quatro situações, observou-se que o carrinho apresenta melhor desempenho com uma volta no elástico, pois utiliza-se menos energia para dar corda e fazê-lo funcionar.

Já no carrinho com o elástico sem nenhuma volta, é preciso dar mais corda para que haja um melhor desempenho, apresentando um deslocamento próximo ao primeiro exemplo.

Ambos os exemplos apresentaram melhor desempenho na superfície áspera, devido ao atrito que impede que ele deslize, andando somente no mesmo lugar, como na superfície lisa.

Portanto, na superfície áspera o carrinho apresenta um melhor desempenho do que na superfície lisa.

(10)

A partir dessas análises foram realizadas 5 medidas da posição da ponta do palito em função do tempo do movimento do carrinho em uma superfície áspera utilizando uma régua e um cronômetro, representadas na tabela a seguir:

Tabela: Medidas do movimento do carrinho

Posição (metros) Tempo (segundos)

1 0,35 8

2 0,25 6

3 0,32 10

4 0,23 7

5 0,31 11

Com os dados da tabela foi possível construir um gráfico de posição (metros) por tempo (segundos) representado a seguir:

Gráfico: espaço X tempo

Analisando além do movimento feito do carrinho, temos o Movimento Circular Uniforme presente no palito, responsável por dar a corda no carrinho. Sabendo que o raio do palito é dado por R=0,03 m e que o tempo para que ocorra uma volta (período) é de T=2s, podemos descobrir algumas informações à respeito desse movimento, assim temos:

(11)

● Frequência ( ):f

, Hz

f =

1 T

=

21

= 0 5

● Velocidade angular ( ):ω

πf

π(0, )

, 4 rad/s

ω = 2

= 2

5 = 3 1

● Velocidade linear (v):

.R

, 4.(0, 3)

, 9 m/s

v = ω

= 3 1

0 = 0 0

● Aceleração centrípeta (Ac):

c

, 7 m/s

A =

v _R2

₌

0,03

(0,09) 2

_{= 0 2}

2

Desse modo, o movimento realizado pelo carrinho, decorre não apenas de seu movimento uniforme, mas sim, de uma junção do Movimento Circular feito pelo palito, o qual impulsiona o carrinho a se deslocar, e do Movimento Uniforme, realizado por conta desse impulso proporcionado pelo palito.

(12)

Conclusão

Com base no relatório apresentado, analisando o presente experimento, constatou-se que o carrinho de dar corda é um objeto que possibilita a observação de conceitos de física de forma simples e objetiva, assim, para a finalidade de transformar esse experimento numa atividade lúdica para crianças futuramente, ele cumpre bem as expectativas.

Dentre os experimentos apresentados na turma, o carrinho de dar corda é um dos que apresenta maior custo-benefício e simplicidade na elaboração, desse modo, qualquer pessoa é capaz de montá-lo e aprender física de uma forma distinta aos meios tradicionais. O foco do carrinho foi a análise do Movimento Retilíneo Uniforme, presente no deslocamento do carrinho e o movimento circular, observado no momento de “dar a corda” ao carrinho.

Portanto, além da execução de um projeto, o qual aflorou as nossas habilidades de engenheiras e nossa capacidade de resolver problemas relacionados ao funcionamento do experimento, pode-se observar na prática conceitos estudados em sala de aula, os quais às vezes não percebemos em nosso dia-a-dia.

(13)

Referências bibliográficas

1. Física com carretel de linha. Disponível em:

<_{http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=rip&cod=_fisicacomcarreteldeli} nha-mecanica-txtmec0069_{>. Acesso em 11 nov 2018.}

2. Carrinho de dar cordas usando carretel. Disponível em:

<_{http://www.manualdomundo.com.br/2010/05/carrinho-de-dar-cordas-usando-carret} el/_{>. Acesso em 12 nov 2018.}