cone antigravidade

                                         Analise no Tracker

mini paper.

 Cone Antigravidade.

Clara Silveira Rocha¹; Sttefany Pereira Pacó².

Resumo: O projeto desenvolvido refere-se a uma criação do cone antigravidade que teve sua pesquisa iniciada devido a uma atividade avaliativa das disciplinas de Prática de Ensino de Física Geral 1 e Laboratório de Física Geral 1, do curso de Licenciatura em Física. O cone representará um projeto onde determinaremos se existe a violação das leis da gravidade, trabalhando assim com o centro de massa.

Palavras-chaves: Cone antigravidade, criação, leis da gravidade, centro de massa.

Abstract: The project developed refers to a creation of the antigravity cone that had its research initiated due to an evaluation activity of the subjects of General Physics Teaching Practice 1 and General Physics Laboratory 1, of the Licentiate course in Physics. The cone will represent a project where we will determine if there is a violation of the laws of gravity, thus working with the center of mass.

Keywords: antigravity cone, creation, laws of gravity, center of mass.

Introdução

 As origens do duplo cone são incertas. Sua popularização certamente começa no século XVIII com George Adams, um fabricante inglês de instrumentos científicos e “los ó cos”. Embora esta denominação de “instrumentos los ó cos” possa parecer hoje um tanto anacrônica, os referidos instrumentos eram de fato artefatos que faziam pensar, como a bomba de vácuo, a maquina eletrostática de atrito, o mergulhador de Descartes e outros tantos que despertavam o fascínio das multidões que enchiam os salões para assistir as demonstrações dos seus efeitos misteriosos e espetaculares. A historia desses artefatos, das suas origens e dos seus desenvolvimentos ocupa lugar de destaque nas próprias origens da historia do ensino experimental da Física. O foco e o espaço deste artigo não permitem, entretanto, que nos alonguemos na discussão dos detalhes desse desenvolvimento mais amplo. 

Objetivos

Representação de um cone antigravidade para mostrar um objeto que se desloca aparentemente contra a gravidade, utilizando assim materiais de baixo custo. E obter dados quantitativos e significados para verificar que o cone não contraia a lei da gravidade e analises de resultados.

Metodologia

O projeto teve seu desenvolvimento na Universidade Federal do Amazonas- UFAM. Com a finalidade de obtenção de nota nas disciplinas de Prática de Ensino de Física Geral 1 e Laboratório de Física Geral 1.

O projeto foi dividido em duas semanas com atividades distintas. Primeiramente determinamos os materiais que seriam necessários para a construção do cone antigravidade e da rampa inclinada, posteriormente adquirimos os mesmos. Após essa etapa, iniciamos a elaboração da criação do cone e simultaneamente realizamos testes variando a massa de dentro do cone. Feito isso, finalizamos a montagem do projeto cone antigravidade e analisados os dados no software Tracker.

Resultados

A partir da analise no Tracker observamos que após colocarmos o eixo, tínhamos que variá-lo para que o movimento do cone estivesse encima do plano pois quando colocávamos o eixo  sem levar em consideração a base víamos o quanto a base era inclinada e por isso usamos o transferidor  para verificar o angulo de inclinação do lugar onde percorre o movimento. Feito isso conseguimos verificar que o cone não  contraria a lei da gravidade pois ele não sobe, o que acontece é apenas impressão, mas se analisarmos a altura inicial e a final do cone veremos que ao invés de subir o cone estará descendo isto acontece porque  os trilhos por onde o cone se desloca estão inclinados e deslocam-se numa direção ascendente porem o eixo do cone se  desloca na direção do seu centro de gravidade, esse eixo e próprio cone deslocam-se para baixo.   

Considerações finais

 O  projeto de  construção do cone antigravidade ainda não foi concluído pois obtivemos varias falhas durante os testes e como a ideia desde o principio era variar o angulo, nesse vídeo do cone que gravamos era um modelo apenas para o que vamos fazer futuramente, no qual estávamos nos baseando porem não podíamos variar o angulo pois era uma estrutura fixa. E a proposta na qual estamos trabalhando em relação a esse projeto é para que nós consigamos concluir a construção do mesmo, e assim analisar variando  o angulo, para ver se ocorre alguma variação de dados e do movimento.

Referências

CANALLE, J. & MOURA, R. Duplo Cone, Quadrupla Finalidade. Caderno Catarinense de Ensino de F´ısica; vol. 15, n.3, pp 323-327, Dezembro de 1998

CARPENTER JR, D. & MINNIX, R. ‘Double Cone – High Wire Toy’ In Dick and Rae Physics Demo Notebook. P. M- 482, Dick and Rae Inc, Lexington, Virginia, 1993.

CHAGNON, P. Animated Displays III: Mechanical Puzzles, The Physics Teacher; vol. 31, pp. 32-37, Jan 1993. DESAGULIERS, J. A Course of Experimental Philosophy. Londres, Tomo I, p. 55, Pl. IV, Fig. 14, 1734.

Centro de equilíbrio dos corpos.

Ao fazermos a análise do movimento de um conjunto de corpos ou do movimento de um objeto extenso (objeto que não pode ser considerado uma partícula) podemos verificar a existência de um ponto que tem um comportamento muito especial. Esse ponto é chamado de centro de massa e é bastante útil no estudo dos movimentos dos sistemas de corpos.

O experimento tem como objetivo básico ilustrar, de uma forma bem divertida, o centro de gravidade do corpo humano.  

Esse experimento não necessita de nenhum material a não ser o próprio corpo. É ideal que todos da sala de aula participem, com intuito de colocar os alunos em xeque quanto às noções de equilíbrio e centro de gravidade.

Algumas experiências

Quando estamos parados é fácil levantarmos os calcanhares. No entanto, fique de pé bem próximo à parede, e então tente levantar os calcanhares. Provavelmente verá que não é possível levantá-los.

Elevamos com facilidade nossa perna quando estamos soltos e em pé. Como parte do experimento, encoste o ombro em uma parede e tente levantar a perna mais afastada, mantendo a mesma posição inicial. Essa experiência, como a experiência anterior, mostra que o equilíbrio exige um certo deslocamento do corpo para que se mantenha na vertical, passando pelo centro de gravidade e pela base de apoio do corpo.

Como parte do experimento, tente tocar com as mãos os seus pés, sem curvar os joelhos. Parece muito fácil, mas agora encoste as costas na parede, e tente novamente tocar com as mãos a ponta de seus pés, lembrando que o corpo deve estar junto à parede. Provavelmente não conseguirá, ou seja, você tende a cair.

Podemos dizer que as mulheres possuem, em geral, o centro de gravidade em um posicionamento diferente do posicionamento do centro de gravidade dos homens. Veja como isso é verdade realizando a experiência que prova que uma mulher tem mais facilidade de ajoelhar-se com as mãos para trás e derrubar uma caixa de fósforos com o nariz sem cair. Os homens não conseguem realizar a mesma experiência sem cair, pelo fato de o seu centro de gravidade estar mais alto que o das mulheres.

Sabemos que as forças internas não afetam o movimento do centro de massa de um sistema. Dessa forma, a série de experimentos listados acima toma como base a ideia de que um corpo tende a ficar equilibrado quando tem o centro de gravidade um pouco abaixo do eixo de rotação.

 

 Caso peçamos a uma pessoa para tentar tocar os pés com as mãos sem dobrar os joelhos, para que a mesma não venha a se desequilibrar ou até mesmo cair para frente, a parte traseira do seu corpo tem que sofrer um deslocamento na linha horizontal para trás, tentando manter a vertical passando pelo centro de gravidade. De: Domiciano Marques

Preparativos para o experimento.

                                                  Primeira Semana

Primeiro dia:

Apenas pesquisamos os assuntos necessários, relacionado ao projeto, para entendermos antes de qualquer produção e realização do experimento, o que iriamos realizar e ter em mente o conceito bem definido sobre o que estaria sendo demostrado. Como o experimento já tinha sido escolhido, pesquisamos mais experimentos sobre o mesmo assunto, fomos atrás de ideias relacionadas para aderirmos ao projeto. Analisamos o primeiro vídeo, anotamos todos os mateiras que iriamos precisar e sobre outros assuntos que poderíamos estudar.

Segundo dia:

Começamos a trabalhar com o projeto no laboratório de Prática, levamos os materiais necessários:

 Utilizamos materiais de baixo custo:

• 4 copos de alumínio
• 2 hastes achatadas de madeira
• 1 compensado
• 1 fita durex
• 1 cola quente
• 1 tesoura
• 1 régua
• 2 garrafas pet
• Pedrinhas de vários tamanhos (seixo)

Passo a passo - Construção do Cone duplo:

Utilizamos 2 garrafas pet com ponta fina de 2 litros, para produzir o cone duplo, cortamos as duas garrafas no meio e utilizamos apenas o lado que possui boca,  cortamos mais um pouco em relação a margem da garrafa, que foi pedida no vídeo que estamos nos baseando, na parte grande da garrafa vamos partir em tiras apenas para facilitar na hora de encaixar uma na outra,  feito isso apenas iremos encaixar uma na outra e para ficar mais firme a união  uma na outra, iremos envolver o meio onde fica a junção, com fita durex.

Como a ideia é interferir na massa do cone, para analisarmos se existe alguma diferença em relação a massa, se isso interferi na hora do procedimento do experimento. Então colocamos dentro do cone, seixo (pedrinhas de tamanhos variados).

Passo a passo- Construção da rampa inclinada

 Procuramos algo para servir como base, como tínhamos que modifica-lo de um lugar para outro, não poderia ser algo imóvel, então encontramos uma folha de compensado e fixamos a estrutura da rampa encima. Iniciamos colando os copos de alumínio, como a rampa tem o formato em V, os copos foram colados nesse formato e como é uma rampa inclinada os copos tinham tamanhos específicos, eles foram separados por dupla, dois pequenos e dois grandes, na ponta do compensado ficavam dois juntos e na outra extremidade ficavam dois separados (todas essas distancias pressupostas de um para o outro foram medidas por réguas em cm). Feito isso, os copos foram fixados no compensado com a cola quente. Partimos para a rampa, como a haste de madeira foi feita de um material muito fino, tivemos que utilizar 4 hastes de madeira achatada e separamos por dupla também, colamos com a cola quente e envolvemos com fita durex, de dois  em dois uma na outra (para ficar mais resistente), depois colamos essas haste de madeira no copo de alumínio ( cada ponta das hastes foram colocadas no meio de cada copo de alumínio), no formato em V.   

Ilustrações

Figura 1:

Primeira montagem experimental, apenas uma ideia para a estrutura do projeto. A imagem mostra os materiais que serão utilizados para a produção do experimento. 

Figura 2:

Cone duplo feito de garrafa pet já produzido, com seixo em seu interior.

Anotações do segundo dia :

Feito esse procedimento de produção experimental, iniciamos os testes. Colocamos o cone encima da rampa e observamos o que iria acontecer a seguir, o resultado obtido não foi o que esperávamos, pois a ideia era que o cone “subisse” porem o cone nem se moveu, como através de algumas pesquisas antes de realizarmos o experimento tínhamos consciência que a massa não influenciava, ficamos meio que com duvida e tentamos entender o que tinha acontecido. Não mudamos nossa opinião em relação à massa, sobre ela não influenciar, porem conseguiu concluir que o conteúdo que foi colocado dentro do cone não foi bem distribuído e não eram uniformes, pois eram pedrinhas de tamanhos variados, portanto a massa em se ficaria uma coisa informal e nesse caso iria influenciar na hora da realização do procedimento.

Terceiro dia:

Como nos testes anteriores não tínhamos conseguido fazer com que o cone realizasse o movimento esperado, então alteramos a massa que estava dentro do cone, retirando as pedrinhas e colocando papel toalha, houve apenas essa modificação.
Obtivemos um bom resultado, pois apos ter colocado o cone encima da rampa, ele realizou o movimento esperado, ou seja, o cone " subiu" na rampa. Porem como vimos que ainda existia uma dificuldade na hora do cone se locomover, e isso era devido ao material que foi feito a rampa, então modificamos as hastes de madeira achatada, para outras hastes de ferro roliças.      

Ilustrações

Figura 1:

Montagem experimental em andamento, figura mostra a estrutura da rampa inclinada e do cone duplo feito de garrafa pet, o conteúdo que está dentro do cone é papel toalha.

Figura 2: Cone duplo contendo em seu interior papel toalha.

Figura 3:

Como todos os testes realizados tanto com papel toalha como também com o cone vazio foram realizadas com sucesso, então foi utilizado o Nível para verificarmos o ângulo de inclinação, com intuito de sabermos se a rampa estava nivelada ou não.

Figura 4: A imagem mostra a modificação da estrutura da rampa, que antes era feita de hastes de madeira e agora é feita de haste roliça de ferro.

Anotações do terceiro dia: Com essas alterações em relação à massa que estaria dentro do cone, fizemos o primeiro teste utilizando papel toalha, o resultado obtido como foi dito anteriormente, era o esperado, pois a ideia principal era fazer com que o cone subisse a rampa e conseguíssemos analisar detalhadamente e entender o que realmente aquele movimento estaria realizando, que na verdade seria ver que cone na verdade não esta subindo e sim descendo a rampa.  Fizemos outro teste no mesmo dia com o cone vazio, para ver se existiria alguma diferença na hora da realização do movimento e também obtivemos o mesmo resultado, pois o cone “subia” da mesma forma que o anterior. Em relação à troca de materiais da rampa, a principio, estávamos tendo dificuldades de fazer com que o cone se movimentasse encima da haste de madeira e por isso modificamos as mesmas por haste roliça de ferro, com o intuito de facilitar movimento, de primeira ate facilitou porem ao decorrer dos testes, percebemos que ela era muito lisa e atrapalhava no momento da aplicação do cone encima da rampa, portanto voltamos a utilizar as hastes de madeira. Quarto Dia: Como a ideia desde o inicio era fazer com que realizássemos de varias formas o movimento do cone antigravidade, e variássemos o ângulo de inclinação da rampa, como também a massa de dentro cone, o tamanho do mesmo e modificássemos a estrutura da rampa fechando e abrindo a haste. E assim fazermos os testes necessários para mostrar o motivo de algumas variações ou não. Então o quarto dia foi apenas de pesquisa, relacionado ao que poderíamos modificar para enriquecer o nosso protótipo, observamos alguns rampas pequenas e uma das rampas variava o ângulo foi a partir dessas observações que utilizamos como base para a construção de nossa rampa. Ilustração Figura 1: Pequena rampa de inclinação, a imagem mostra que essa estrutura foi feita de um modo que as hastes de ferro em V variem de posição abrindo e fechando. Estrutura que servirá como modelo para a construção do nosso projeto. Figura 2 : A imagem mostra a estrutura da pequena rampa por completo, percebemos assim que a inclinação da rampa é fixa ao ferro, então não podemos varia-lá. Figura 3: Nessa  imagem veremos claramente que a haste é presa  em um pedaço de ferro, não variamos o ângulo porem nos possibilita abrir e fechar o V da rampa. Figura 4: Parte de trás da rampa mostra que a haste pode ser deslocada. Figura 5: Pequena rampa, feita de acrílico, porem essa já possui tudo fixo sem variar ângulo, mas mesmo assim podemos testar abrindo e fechando o V da rampa. A imagem mostra também um cone antigravidade feito de acrílico. Quinto dia: Como analisamos os modelos das pequenas rampas e escolhemos fazer um parecido com o de madeira que varia o V em aberto e fechado. Então discutimos em grupo o que seria feito, pegamos como modelo a rampa de madeira, acrescentado a variação de ângulo. Como já tínhamos alguns materiais (folha de compensado e hastes de madeira) e tínhamos em mente que não poderíamos fazer toda essa produção de corte e montagem sem ajuda de um marceneiro fizemos todas às mediadas necessárias tiramos varias fotos para mostrar para o marceneiro e juntamos nossas ideias para que fosse transmitida a ele. Sexto dia: A rampa foi produzida, o marceneiro utilizou uma folha de compensado para fazer a base e as varetas de madeira para fazer a estrutura da mesma. Figura 1: A imagem mostra a rampa em V já produzida. Anotações: Depois de algumas tentativas, resolvemos montar o experimento com compensado e varetas, para que pudéssemos diminuir a margem de erro do experimento. E com a ajuda de um marceneiro, pedimos para que ele cortasse o compensado, e em seguida nós acrescentaríamos mais pedaços de madeira, para produzir o degrau que iria variar a inclinação, colamos com cola para madeira, montamos e finalizamos com preguinhos pequenos para reforçar. Figura 1:  Imagem mostra a rampa quase concluída, nessa figura podemos ver a ideia de variar o V entre aberto e fechado e a principio tem apenas um degrau porem estamos trabalhando nesse projeto pra que nos consigamos aumentar mais os degraus e variar o ângulo de inclinação. Anotações do sexto dia: A produção da rampa foi concluída porem com algumas falhas de construção, na hora da aplicação do cone encima da rampa para realizar o movimento esperado, ele não se movia. A explicação para isso esta associado à haste de madeira que serviu como rampa, ela era muito frágil e como não era feita de um material rígido no momento em que colocávamos o cone a madeira envergava e isso interferiu muito na hora da “subida”.  Outra falha que encontramos na construção da rampa está relacionada ao degrau onde podemos modificar a inclinação, estávamos tendo dificuldades de modificar, pois o espaço que foi idealizado com o intuito de prender a haste para que ficasse firme estava muito grande, sobrava um espaço e ficava com uma folga fazendo com que a haste não ficasse. Sem contar que a ideia era variar a inclinação então ainda não estávamos conseguindo variar, pois tínhamos que aumentar mais os graus de cada lado da estrutura da rampa. Segunda Semana   Primeiro dia: Como estávamos tendo dificuldades na construção da rampa e o projeto tinha um prazo muito curto para ser entregue, chegamos à conclusão que não tínhamos tempo suficiente para que conseguíssemos concluir, então teríamos que partir para o plano B, pois eram muitos ajustes que precisavam ser feitos na rampa, varias modificações em relação aos matérias. Então como estávamos trabalhando também com as pequenas rampas que serviram como modelo e precisávamos analisar o movimento do cone antigravidade no Tracker, utilizamos uma das rampas pequenas para que iniciássemos a coleta de dados.  O cone que foi utilizado para as coletas de dados. Segundo dia: Fizemos uma reunião entre o grupo e a professora para analisar como estava o andamento do projeto. A professora fez algumas perguntas e percebeu que nós estávamos com dificuldades em entender o assunto central, então pediu para que nós pesquisássemos mais sobre centro de massa, de gravidade e de equilíbrio, que fossemos atrás de vídeos que fizéssemos entender sobre o conceito puro em se, pois o projeto estava em andamento, à idealização da rampa estava quase concluída, mas do que adiantava tudo isso se não entendíamos os conceitos gerais e tínhamos duvidas se o cone subia ou descia. Terceiro dia: Fizemos varias pesquisas relacionadas aos assuntos centro de massa, de equilíbrio, de gravidade. E encontramos alguns vídeos interessantes, simples e fácil de entender. Um dos vídeos envolve tema centro de equilíbrio, demonstrando assim onde podemos localizar o centro de massa no corpo humano e mostrando a diferença do centro de equilíbrio do homem comparado a mulher. Outro vídeo analisado abordava o tema centro de gravidade, o objetivo é encontrar o centro de massa em uma forma geométrica. Figura 1: A linha gravitacional é a linha imaginária que passa pelo centro de gravidade no sentido vertical (sem especificar a altura do centro de gravidade) até o solo.

Figura 2:

O ponto através do qual a linha de ação do peso de um objeto atua independentemente a posição do objeto.

Se um corpo fosse (ou suportado) pelo centro de gravidade ele estaria perfeitamente em equilíbrio.

Figura 3:

A posição do cento de gravidade depende da distribuição do peso de um corpo;

OBS: Nos objetos de formatos regulares o centro de gravidade coincide com centro geométrico.

 

Quarto dia: 

Com base nas ideias adquiridas através das pesquisas em relação a centro degravidade de equilíbrio e de massa, vista 
de um modo diferente. Resolvemos trabalhar com essas ideias, e pesquisar mais sobre cada uma delas,e, além disso, tínhamos em mente que gravar um vídeo com os mesmos movimentos que nós visualizamos anteriormente em relação à demonstração do centro de equilíbrio no corpo humano e centro de massa em um triangulo,seria a melhor forma de fazer com que entendêssemos mais sobre o conceito em se. 

Figura 1:

Preparativos para a filmagem do vídeo, que demostraria como o homem tem bastante dificuldade em realizar alguns movimentos específicos e isso estar relacionado ao local onde se localiza o centro de massa.

Figura 2:

  No caso, esse seria o movimento que o corpo iria realizar durante a filmagem do vídeo. O objetivo era pegar com a boca a tampa da garrafa.

Figura 3:

Essa imagem esta mostrando como encontraríamos o ponto de gravidade em um triangulo, pois seria através de uma forca peso.  

Quinto dia:

Após as gravações dos vídeos, iniciamos  análise no tracker. Porem analisamos apenas o cone duplo antigravidade. O objetivo era mostra que o cone não sobe a rampa pois é apenas uma ilusão de ótica, no tracker conseguimos provar que seu centro de massa está descendo e que o valor inicial é diferente do final e também conseguimos ver o angulo de inclinação, a diferença do eixo pra base da rampa, assim como também analisar o gráfico.

Figura 1:

      

 Analise no tracker, com o eixo de referencia, bastão de calibração marcando (2,100 cm), transferidor ( para verificar o angulo de inclinação que é 1,9 graus). Nesse caso o gráfico está em Vx versus T.

 Figura 2:

Analise no Tracker de Y versus T.

Figura 3:

Gráfico de Vx versus T, que  que mostra uma equação linear. A equação dada foi Vx = A*T + B. Ocorre essa grande variação de um ponto para outo pelo fato de que  na hora da finalização do movimento a rampa se movia.

Figura 4:

A imagem mostra o transferidor sendo colocado alinhado ao eixo. Colocamos o transferidor pois o lugar onde percorre o movimento está inclinado e por isso colocamo-os para alinhar o eixo com a base  e assim  poder verificar o movimento encima do eixo  para isso serrá preciso que o eixo esposteja encima do plano.