Construindo um rotor com material de baixo custo

## CONSTRUINDO UM ROTOR COM MATERIAL DE BAIXO CUSTO

João Andrade dos Reis Júnior Monitor do Laboratório de Demonstrações Departamento de Física - Universidade Federal do Pará - UFPA

Jorge Edson Amorim Dias

Monitor do Laboratório de Demonstrações Departamento de Física - Universidade Federal do Pará - UFPA

Luís Carlos Bassalo Crispino Departamento de Física - Universidade Federal do Pará - - - UFPA

Ângela Burlamaqui Klautau

Departamento de Física - - - Universidade Federal do Pará - - - UFPA

## Resumo

O ensino de Física torna -se muito mais atrativo e possibilita maior rendimento para os alunos quando complementado com experimentos capazes de ilustrar o conteúdo teórico apresentado em sala de aula.

Neste trabalho tratamos de um expxperimento conhecido como rotor. Apesar de sua simplicidade, este experimento mostra-se rico em possibilidades de se explorar conceitos físicos relativos ao movimento circular. Uma de suas utilidades consiste em facilitar o processo de ensino - aprendizagem de mecânica, pois se trata de um experimento que permite ao aluno "visualizar" os efeitos da força centrípeta sobre um corpo que gira, assim como facilita a assimilação de conceitos físicos tais como inércia, forças peso e centrípeta; permitindo ainda uma ababordagem de força centrífuga em referenciais não-inerciais.

O rotor aqui apresentado pode ser comparado aos rotores encontrados em alguns parques de diversões. Neste tipo de brinquedo as pessoas ficam suspensas sem apoio nos pés e sem cair, quando um grande cilindro é posto para girar em torno de seu eixo vertical central.

Apresentamos o rotor construído no Laboratório de Demonstrações de Física (Labdemon) da Universidade Federal do Pará (UFPA), no qual o cilindro é construído com uma garrafa pet e um pequeueno pedaço de isopor faz o papel da pessoa dentro do cilindro. O rotor apresentado neste trabalho, e que pode ser facilmente reproduzido, foi confeccionado com materiais de baixo custo tais como: uma unidade leitora de CD retirada de um aparelho de som sem m uso, garrafa pet, isopor, CD usado e um par de pilhas.

A idéia de montagem deste experimento surgiu durante a realização das atividades desenvolvidas por uma equipe de monitores e professores do Departamento de Física da UFPA que compõem o Labdemon.

Há alguns anos, o Labdemon vem recebendo grupos de alunos das escolas públicas de ensino fundamental e médio do estado do Pará, principalmente da região metropolitana de Belém, em visitas previamente agendadas pelos professores de Ciências ou de Física das escolas, para apresentações com duração média de três horas. Durante essas visitas, acompanhadas pelos professores, são apresentados aos alunos diversos conteúdos de Física por uma equipe de monitores do Labdemon.

Palavras chave: Força centrípeta, rotor, força centrífuga, centros de ciências.

## I - - - Introdução

O ensino da Física através de experimentos simples e interativos tem se mostrado, nessas últimas décadas, muito mais fácil para quem ensina e muito mais atraente para quem aprende. As razões são claras: um ensino que se utiliza desse diferencial permite manter a atenção do aluno voltada para o objeto empregado como experimento e facilita ao aluno a re-elaboração de seus conhecimentos prévios, aproximando-os do conhecimento científico formal.

No Laboratório de Demonstrações de Física (Labdemon) da Universidade Federal do Pará (UFPA), seguindo essa metodologia de ensino, constroem-m-se experimentos usando materiais de baixo custo, que são utilizados em apresentações para alunos das escolas do estado do Pará durante visitas previamente agendadas ao Laboratório. As apresentações duram, em média, três horas; e nesse tempo os alunos são estimulados a interagir com os experimentos, relacionandoos ao seu cotidiano e às tecnologias atuais. Auxiliados pelos monitores do Labdemon, esses alunos reconstroem seus conhecimentos sobre os conceitos físicos presentes nos experimentos com os quais estão tendo contato.

Dentro desse contexto, construiuuse um experimento com o objetivo de facilitar o entendndimento de como a força centrípeta atua sobre um corpo em um movimento curvilíneo. Baseando -se no brinquedo comumente visto em parques de diversões, conhecido como ROTOR, em que as pessoas ficam suspensas, "ligadas" à parede interna do cilindro enquanto o mesmo estiver girando, pode-se visualizar, em escala menor, esse curioso experimento. Durante as visitas ao Labdemon, pode-se compreender como é possível não cair da parede do rotor, mesmo que não haja nenhum apoio debaixo dos pés.

## II - - - Metodologia de trabalho

No Laboratório de Demonstrações de Física da UFPA é constante o empenho para construção de experimentos que possam facilitar o ensino-aprendizagem dos conceitos físicos, utilizando principalmente os materiais de baixo custo. Sempre que possível, são utilizados materiais recicláveis, garantindo a facilidade de acesso aos mesmos. Esse diferencial permite tanto ao aluno quanto ao professor construir, sem muito custo, os experimentos que mais lhes forem necessários no momento do estudo, bem como mo exercitar seu potencial criativo, fazendo variações desses experimentos e fortalecendo ainda mais sua aprendizagem em Física. Além de estimular as habilidades manuais, o fato de se construir um experimento, quase sempre imerso em uma atmosfera permeada pelo lúdico, traz satisfação ao aluno e/ou ao professor em ver seu trabalho executado e funcionando. Nesse aspecto, o rotor é mais um exemplo dos vários experimentos construídos no Labdemon.

Baseados em um brinquedo de parque de diversões e na secadora de roupas por centrifugação, criamos no Labdemon um experimento em que permite explorar a força centrípeta (para os referenciais inerciais) e a força centrífuga (para os referenciais não-inerciais) e suas relações com as demais forças atuantes no experimento.

## III - - - O rotor

## a) Breve descrição do experimento

Neste experimento descrevemos a atuação da força centrípeta sobre um corpo inicialmente apoiado sobre um pedaço de plástico retirado de uma garrafa pet e dentro de um cilindro que pode girar. O cilindro, que é construído a partir de uma garrafa de plástico pet, se encontra colado sobre um CD. O cilindro fica apoiado sobre uma unidade leitora de CD, retirada, por exemplo, de um computador inservível. Quando este sistema é submetido a umuma diferença de potencial, o cilindro passa a rotacionar em torno de seu eixo vertical central, fazendo com que o pequeno pedaço de plástico que apoiava o isopor, por inércia, saia tangencialmente ao movimento circular do cilindro, liberando o isopor, que fica ligado à parede devido à resultante das forças que atuam no mesmo.

## b) Montagem do experimento

Utiliza -se uma unidade leitora de CD retirada de aparelho de som sem uso, ou de um computador inservível, para ser a base do rotor. Corta-se uma garrafa de plástico tipo pet, retirando -se sua base e seu gargalo de modo a restar um cilindro (foto 1). Em seguida, usando-se massa epóxi ou cola ultra-a-rápida, cola-se o cilindro a um CD (fotos 2 e 3). Se usar epóxi, tomar o cuidado de uniformizar a quantidade de massa colocada entre o CD e o cilindro, a fim de se evitar que o mesmo gire fora do seu centro de massa. Com o auxílio de um estilete faz-z-se um corte transversal de aproximadamente 3 centímetros na parede do cilindro (foto 4). Neste corte será introduzida uma palheta de plástico pet que servirá de apoio ao corpo (fotos 5 e 6). A palheta pode ser recortada no formato retangular e com dimensões aproximadas de 2,5 cm x 3,5 cm. O corpo de prova utilizado no experimento pode ser feito de isopor, com pequenas dimensões (por exemplo: 3,5 cm x 2,0 cm x 1,5 cm). O que se utiliza da leitora é apenas seu motor central (foto 7), que tem a função de produzir o movimento circular do cilindro. Ligam-m-se dois fios às soldas do motor (foto 8). Essas leitoras possuem um ímã em forma de anel (foto 9). Sua função é prender firmemente a base do cilindro ao motor da leitora (foto 10).

Para a demonstrar o funcionamento do rotor, primeiramente prende-se o CD à leitora utilizando -se o ímã. Coloca -se a palheta no corte e apoia-se o isopor sobre ela. Como última etapa, aplica-se uma diferença de potencial aos terminais da leitora utilizando-se pilhas.

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Foto 1: Cortrte do gargalo e base da garrafa.

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Foto 3: Massa epóxi uniforme como alternativa para colagem do cd ao cilindro.

Foto 4: Corte transversal.

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Foto 2: Colagem do cilindro ao cd usando cola ultra -rápida.

o Foto 5: Detalhe da palheta plástica fixada no corte transversal.

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Foto 7: Motor da leitora de cd visto por baixo.

Foto 8: Soldagem dos fios ao motor.

Foto 6: Isopor apoiado pela palheta.

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Foto 9: Imã em formato de anel presente na leitora de cd.

Foto 11: Cilindro preso pelo ímã ao motor.

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Foto final: Rotor visto em perspectiva e de cima para baixo.

## c) Discussão do Experimento:

Quando aplicamos uma diferença de potencial aos terminais da leitora utilizando pilhas, o motor fará o cilindro girar em torno de seu u eixo vertical central e a partir desse movimento, a palheta, devido a sua inércia, será arremessada tangencialmente ao movimento circular do cilindro, liberando o isopor. Na direção radial teremos a força centrípeta igualada à força normal, devido ao cont ato entre as superfícies do isopor e da parede interna do cilindro. Na direção vertical, a resultante das forças peso e de atrito será nula, devido seus sentidos serem opostos, porém de módulos iguais. O resultado é que o isopor ficará "preso" à parede ininterna do cilindro enquanto o mesmo mantiver sua velocidade angular mínima. Ao desligarmos as pilhas, o cilindro perderá velocidade gradualmente e, após um intervalo de tempo, o corpo que estava "preso" à parede, cairá no fundo do cilindro devido à força peso.

## IV - - Resultados

Tem sido verificado que o ensino-aprendizagem de mecânica através de experimentos simples e interativos, tais como esse rotor , tem produzido excelentes resultados. Nos alunos que visitam o Laboratório de Demonstrações vê-se despertado um notável interesse científico e senso investigativo mais apurado, o que pode ser diretamente comprovado devido ao elevado número de perguntas, palpites e interferências que surgem desses alunos durante a apresentação do rotor.

No que diz respeito a aprendizagem dos monitores que trabalham no laboratório e dos graduandos do curso de Física da UFPA, o Laboratório de Demonstrações tem contribuído amplamente para a formação de uma nova geração de educadores comprometidos em ensinar ciências de maneira lúdica e rica em estímulos diversos, por intermédio de experimentos como o apresentado neste trabalho.

Durante os três anos de funcionamento, o Laboratório de Demonstrações já recebeu a visita de mais de 1000 alunos, devidamente identificados em documentos s diversos, assim como pôde contribuir para a divulgação científica e tecnológica através de exposições em feiras de ciências, seminários e encontros regionais, levando diversos jovens estudantes a se depararem com o fascínio do ato de experimentar e buscar r compreender a natureza, discutindo junto às suas famílias e amigos sobre interpretações científicas do mundo que nos cerca reproduzindo os experimentos vistos no laboratório.

## Referências Bibliográficas:

- 1. NUSSENZVEIG, H. M. Curso de Físicica Básica, Volume 1, Editora Edgard Blücher, 2001.
- 2. GASPAR, A. Experiências de Ciências para o 1°. Grau. Editora Ática, 1996.
- 3. SAAD, F. D., YAMAMURA, P. REIS, D. G., FURUKAWA, C. H. Física para o Ensino de Ciências: Catálogo de Demonstrações. USP, 1998.
- 4. ALONSO, M. FINN, E. J. Física - um curso universitário, Volume 1 - Mecânica, Editora Edgard Blücher Ltda, 1972.

Sites visitados:

www.ride -extravaganza.com/rides/rotor/

Créditos das fotos: Márcio Aléssio Costa Sales