Atividade experimental: Movimento uniforme de uma bolha de ar É muito difícil observar um movimento puramente uniforme em uma situação cotidiana, como no deslocamento de um veículo, ou mesmo no deslocamento de uma pessoa. Isso porque, em movimentos comuns, você precisa se desviar de obstáculos, subir ou descer ladeiras, o que pode alterar o valor da velocidade. Contudo, em experimentos de laboratório, é relativamente fácil produzir movimentos uniformes. Nesta atividade experimental, você irá produzir um dispositivo para estudar esse tipo de movimento. Junte-se a dois ou três colegas para produzir o material e realizar o experimento. Além de observar um movimento uniforme, nessa atividade, você irá representar o movimento por meio de um gráfico. Os gráficos são muito utilizados nas ciências para representar a variação de duas ou mais grandezas relacionadas. A grande utilidade dos gráficos é a que eles permitem uma rápida visualização do que ocorre com as grandezas representadas. Você vai precisar de 1 pedaço de mangueira transparente com 60 cm de comprimento 1 régua transparente de 50 cm de comprimento 1 cronômetro Um pouco de óleo ou outro líquido bastante viscoso 2 tampas para as extremidades da mangueira (veja descrição no texto) Fita adesiva transparente A fotografia a seguir mostra os materiais utilizados na montagem:
A mangueira pode ser adquirida em lojas especializadas em vendas de mangueiras. Não há uma definição precisa para os diâmetros interno e externo da mangueira, mas é bom que o diâmetro interno não seja muito pequeno. Em nossa montagem, utilizamos uma mangueira de diâmetro interno de 6,5 mm (mm = milímetros) e diâmetro externo de 10 mm. Dependendo do diâmetro interno da mangueira, você pode improvisar as tampas com tampas de caneta ou massa de modelar. Com o diâmetro da mangueira que usamos, improvisamos as tampas com dois pedacinhos de um bastão de cola quente, de diâmetro de 7 mm. Como líquido viscoso, sugerimos utilizar óleo de motor de automóvel. Esse tipo de óleo é bastante viscoso e permite uma lenta movimentação da bolha de ar em seu interior, o que facilita as medidas. Experimentamos óleo de cozinha, mas, por ser menos viscoso, a realização das medidas torna-se mais difícil. Outros líquidos também podem ser experimentados. ATENÇÃO: sugerimos cuidado ao utilizar o óleo de automóvel. Ele não deve ser ingerido de forma alguma e, após a construção do experimento, as mãos devem ser lavadas com água e sabão. Para maior segurança, sugerimos a supervisão de um adulto na realização desse experimento. O cronômetro pode ser adquirido a preços muito baixos, em lojas de material importado. Há, nessas lojas, certos reloginhos digitais que possuem a função cronômetro, como o mostrado na fotografia acima. Também pode ser utilizado um relógio comum que possua a marcação dos segundos. Passo a passo Utilizando pedaços da fita adesiva, fixe a mangueira transparente na régua. Atente para três pontos importantes: i) a mangueira deve ficar reta; ii) a mangueira não deve ser amassada; iii) deve sobrar 5 cm da mangueira para cada um dos lados da régua. Veja as figuras a seguir:
Em seguida, tampe um dos lados da mangueira com as tampas improvisadas por você. Coloque o óleo na mangueira, de modo a preenchê-la quase completamente. Tampe a outra extremidade da mangueira de modo a deixar uma pequena bolha de ar em seu interior. Esta bolha de ar será o corpo que se movimentará no interior da mangueira, com movimento uniforme. Está pronto o seu aparelho para se estudar o movimento uniforme. Agora execute a atividade:
Executando a atividade Para realizar a atividade, serão necessários pelo menos dois alunos: um para segurar a régua com a mangueira e o cronômetro e o outro para anotar os dados na tabela mais adiante. Inicialmente coloque a régua na posição vertical e espere até que a bolha esteja na extremidade superior da mangueira. Em seguida, gire a régua e observe a bolha de ar se movimentar no interior da mangueira. Quando a bolha passar pelo ponto zero da régua, o aluno que está com o cronômetro deverá dispará-lo, para iniciar a contagem. Nesse momento, o aluno que anota os dados deverá marcar na tabela os valores zero, na coluna distância e zero, na coluna tempo. Em seguida, de 5 em 5 segundos, ou de 10 em 10 segundos, conforme seja mais conveniente para o grupo, o aluno que está com o cronômetro deverá informar em voz alta o valor da distância percorrida pela bolha de ar, olhando diretamente para o número na régua. Para facilitar a leitura, o aluno que segura a régua deverá movimentar o cronômetro junto com a bolha (veja a figura ao lado). O aluno que irá anotar os dados deverá estar sempre atento para não anotar os valores errados. Ao final do movimento da bolha, a tabela deverá estar preenchida com valores de tempo e de distância. É importante realizar o experimento algumas vezes, antes de tomar as medidas para se familiarizar com a tomada de dados. Antes mesmo de iniciar a tomada de dados, os valores de tempo já poderão ser preenchidos na tabela, de 5 em 5 segundos, de 10 em 10 segundos, ou em outra unidade, conforme seja mais conveniente para o grupo, em função da facilidade com que as medidas possam ser realizadas. Distância (cm) 0 0
Em seguida, responda às questões que se seguem. Questões: 1 Para cada intervalo de tempo medido e representado na tabela acima, calcule o valor da velocidade da bolha, usando a expressão d = vt (utilize uma calculadora para facilitar a realização dos cálculos). É possível que os valores calculados por você possam variar um pouquinho, de um intervalo para outro, mas, de modo geral, você pode dizer que o movimento da bolha é uniforme? Por quê? 2 Com os dados da tabela acima, construa o gráfico do movimento da bolha de ar na mangueira. O gráfico a ser construído é da distância percorrida em função do tempo. Para isso, os valores de distância deverão ser representados no eixo Y e os valores de tempo deverão ser representados no eixo X. Use o plano cartesiano abaixo para realizar a representação. Comece representando os pares de valores da tabela como pontos e depois trace o gráfico, isto é, trace uma linha ligando os pontos.
Distância (cm) Distância (cm) 3 A tabela, a seguir, foi obtida, ao serem realizadas medições, em laboratório, de um carrinho que se desloca sobre uma mesa, com movimento uniforme. Distância (cm) 0 0 2 5 4 10 6 15 8 20 10 25 A partir dos dados da tabela, responda às questões que se seguem: a) Qual o valor da velocidade do carrinho? Esta velocidade é constante? b) Qual dos gráficos, abaixo, A ou B, pode representar a distância percorrida pelo carrinho, em função do tempo? Por quê? 25 20 A 25 20 B 15 15 10 5 0 10 5 0 c) A velocidade também pode ser representada graficamente, em função do tempo, mas, para um movimento uniforme, diferentemente da distância percorrida, ela tem sempre o mesmo valor, pois é constante. Assim, seu gráfico tem o aspecto mostrado na figura ao lado: uma linha reta com valor constante, ao longo do tempo. A partir dessas informações, qual dos dois gráficos, C ou D, mostrados na próxima página, pode representar a velocidade do carrinho desta atividade? Por quê?
Velocidade (cm/s) Velocidade (cm/s) 3,5 3,0 C 5,0 4,5 D 2,5 4,0 2,0 3,5 1,5 3,0 Referências bibliográficas FERREIRA, N. C. Estudo do movimento retilíneo e uniforme. In: Revista Brasileira de Ensino de Física. Setembro, 1980, pp. 15-20. GEWANDSZNAJDER, F. Ciências, 9º ano: matéria e energia. 3ª ed. 3ª imp. São Paulo: Ática, 2010. MÁXIMO, A. e ALVARENGA, B. Curso de física, volume 1. 5ª ed. São Paulo: Scipione, 2000.