PARQUE CIENTÍFICO DA USINA CIÊNCIA
GANGORRA DE ARQUIMEDES - Arquimedes já sabia como extrair na prática
vantagem de sistemas mecânicos rotacionais, quando afirmou: “dê-me um
ponto de apoio que levantarei o mundo”.
Só após o desenvolvimento da mecânica clássica ficamos sabendo que a
vantagem mecânica em sistemas rotacionais resulta da igualdade dos
momentos das forças em cada um dos lados, em relação ao ponto de apoio
(eixo de rotação), expresso por: r x f = R x F. Assim a vantagem mecânica é
expressa pela razão entre os raios ou entre as forças (R/r ou F/f).
FOGÃO SOLAR - A energia solar, captada pela energia do espelho esférico, é
refletida e concentrada numa área bem menor, chamada de foco. O resultado
desta concentração é o aumento de temperatura nesta região, possibilitando
uma maior transmissão de calor por irradiação, em objetos colocados na região
do foco.
LUNETA DE GALILEU - Em 1609, Galileu Galilei construiu sua primeira luneta,
que consistia em uma lente convergente de grande distância focal (objetiva) e
uma lente divergente de pequena distância focal (ocular). Ao alinhar estas duas
lentes, Galileu percebeu que a imagem de objetos distantes era ampliada.
Galileu utilizou sua luneta para descobrir os quatro maiores satélites de Júpiter,
as manchas solares, as crateras da Lua e muito mais.
CONCHA ACÚSTICA - O experimento consiste em duas conchas parabólicas
colocadas em frente uma da outra com os eixos alinhados, a uma distância de
aproximadamente 30 metros. As ondas sonoras emitidas entre as conchas são
captadas, refletidas e concentradas numa região menor chamada de foco. O
resultado é o reforço (aumento) do sinal original, que nos possibilita ouvir sons
emitidos com baixo nível de intensidade.
ESTUFA - A luz solar atravessa o plástico transparente e é absorvida pela
base de cor preta da estufa, que se aquece. A radiação absorvida é irradiada
de volta na forma de ondas infravermelhas (também chamada de radiação
térmica). Ao incidir sobre o plástico envolvente (opaco a estes raios), parte
desta energia é irradiada de volta, para dentro da estufa, provocando um
aumento na temperatura ambiente interior, denominado de efeito estufa.
VANTAGEM MECÂNICA EM ACOPLAMENTOS DE POLIAS - São
dispositivos mecânicos rotacionais que tem função de, a partir de uma força e
rotação menor numa polia de raio maior, obter uma força e rotação maior numa
polia de raio menor. A vantagem mecânica no esforço e na rotação é dada pela
razão entre o raio maior e o raio menor. Estes dispositivos são utilizados com
diferentes fins nos sistemas mecânicos do nosso cotidiano.
GERADOR EÓLICO - O formato aerodinâmico das hélices ou pás do “catavento” permite que a energia cinética da massa de ar atmosférico (os ventos)
seja parcialmente transformada em trabalho de rotação. A energia cinética de
rotação transmitida ao eixo do gerador é parcialmente transformada em energia
elétrica por indução eletromagnética (Lei de Faraday-Lenz).
É possível avaliar a potência da energia elétrica produzida a partir da medida
de tensão e da corrente com o sistema em funcionamento.
A energia cinética do deslocamento do ar trazida pelos ventos realiza o
“trabalho” sobre a hélice necessária para gerar energia elétrica por indução
eletromagnética. Podemos avaliar a potência da energia elétrica produzida
partir da medida de tensão e da corrente com o sistema em funcionamento .
PAINEL FOTOVOLTAICO - Este painel é constituído por células fotovoltaicas
que são dispositivos semicondutores de silício com capacidade de absorver a
luz solar e transformá-la em energia elétrica. Com a placa em funcionamento e
alimentando um circuito, observe o que ocorre quando você coloca a mão ou
outro objeto que impeça a incidência de luz sobre a célula. Você pode também
avaliar a potência da energia elétrica produzida para diferentes intensidades de
luz incidente através das medidas de corrente elétrica e da tensão.
CRONÔMETRO SOLAR - Há mais de cinco mil anos o homem percebeu que
os objetos tinham sua sombra projetada quando iluminados pelo Sol. Percebeu
também que esta sombra era menor quando o Sol estava no ponto mais alto
do Céu, e maior no amanhecer e no entardecer. Dessas observações originouse um dos mais antigos instrumentos da humanidade: o Relógio Solar. Neste
relógio, conhecido como Cronômetro Solar, a haste de metal quando iluminada
pelo Sol projeta sua sombra sobre a escala que marca a hora solar aparente.
Para determinar a hora certa, some o valor indicado na escala com o valor
apresentado no gráfico abaixo.
NOTAS MUSICAIS - Na superposição de sons produzidos no interior de tubos
abertos em razão de determinados comprimentos e do diâmetro de sua
abertura, se formam no interior dos mesmos, ondas harmônicas estacionárias,
modos normais de vibrações sonoras.
São estados de ressonância sonora internas a estes tubos que ocorrem a
freqüências bem definidas associadas a seus modos normais de vibração
sonora ou harmônicos, caracterizados na figura abaixo. Para se formar o
primeiro harmônico o comprimento do tubo precisa estar relacionado a meio
comprimento de onda do som em ressonância e conseqüentemente a uma
determinada freqüência de emissão sonora. Já o segundo harmônico envolve
um tubo de comprimento igual dois meios comprimentos de onda, isto é, igual a
um comprimento de onda, que vai corresponder à outra freqüência; e assim
sucessivamente para os demais harmônicos que se constituem sempre em
múltiplos de meios comprimentos de onda.
Esses modos normais de vibração associados a uma determinada freqüência
sonora formam a notas musicais: dó, ré, mi fá, sol, lá, si, dó, que se constitui
numa gama de notas harmônicas da escala musical.
A freqüência universalmente aceita como padrão é a do lá de índice 3 (LÁ3),
que é igual a 435 Hz, que pela relação existente entre duas notas musicais
implica, por exemplo, na freqüência da nota DÓ3 ser igual a 261 Hz.
Os instrumentos musicais mostrados abaixo apresentam como elemento
básico um tubo aberto nas duas extremidades sendo uma abertura permanente
e a outra, é controlada por um orifício lateral onde se encontra disposto um
pistão, utilizado para diferenciar o comprimento do tubo em razão de se obter
as diferentes notas musicais a serem utilizadas.
TENSÃO SUPERFICIAL - Em um líquido, as moléculas são mantidas unidas
através de forças de coesão intermoleculares. As moléculas no interior de um
líquido puro são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas, e a
resultante de forças é nula. As moléculas da superfície do líquido, entretanto,
sofrem apenas atração lateral e inferior, dando origem a uma tensão
superficial.
A tensão superficial é, portanto, uma propriedade do líquido que o faz atuar
como uma membrana elástica esticada e depende principalmente das forças
de atração entre as moléculas do líquido com as do gás, sólido ou líquido em
contato com ele e que atuam no plano da superfície e tendem a minimizá-la.
A água apresenta uma tensão superficial que dificulta o aumento de superfície.
Quando adicionamos detergente, este diminui a força de coesão entre as
moléculas da água e a tensão superficial diminui podendo haver a formação de
bolhas. Este fenômeno explica a forma esférica das bolhas de sabão (mínima
superfície possível).
PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES - Arquimedes foi um matemático, físico e
inventor grego dos mais importantes da Antiguidade. e um dos maiores de
todos os tempos. Fez descobertas importantes como desenvolver um método
para calcular o número π, inventou vários tipos de máquinas para uso civil e
militar, contribuiu para o desenvolvimento da hidrostática, com o famoso
princípio da força de empuxo que hoje em dia leva o seu nome, e descobriu
ainda o princípio da alavanca sendo atribuída a ele a seguinte citação: "dêemme um ponto de apoio e eu moverei o mundo".
Neste experimento é de interesse comprovar o Princípio de Arquimedes,
enunciado na atualidade por: "Todo corpo mergulhado num fluido em repouso
sofre, por parte do fluido, uma força vertical de baixo para cima, o empuxo, cuja
intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo."
Para comprovar este princípio medimos com o dinamômetro inicialmente o
peso do corpo suspenso no ar (“peso real”) e depois medimos o “peso
aparente” quando o corpo estiver todo imerso no interior da água. Se a
segunda leitura efetuada no dinamômetro é menor, a diferença existente pode
ser atribuída ao empuxo. Resta saber se este empuxo é igual ao peso da
massa líquida que foi deslocada!!!
PLATAFORMA GIRATÓRIA - Em objetos em rotação, para conhecermos o
significado do que representa o momento angular (L), temos que inicialmente
conhecer o significado do momento de inércia (I). O momento de inércia na
rotação tem uma função similar ao da massa para caracterizar a inércia da
translação dos corpos. O momento de inércia envolve a distribuição da massa
de um corpo em torno da superfície envolta do eixo de rotação. Quanto mais a
distribuição de massa se encontrar afastada do eixo de giro maior será o
momento de inércia e mais difícil se torna colocar o objeto em rotação.
Para um sólido rígido em rotação em torno de um dos eixos principais de
inércia (eixo que passa pelo centro de massa do corpo), o vetor momento
angular segundo esse eixo de simetria que passa pelo centro do corpo em giro
é dado por: [ L = I.w ], onde w é a velocidade angular de rotação.
PLUVIÔMETRO - O pluviômetro é um funil colocado sobre um recipiente
cilíndrico com marcação milimétrica. Assim é possível recolher a precipitação
da água da chuva através da abertura do funil e usando o recipiente cilíndrico
para determinar a medida da quantidade de precipitação em um determinado
período de tempo.
Você pode fazer várias medidas e acompanhar a quantidade de chuva durante
uma hora, um dia, uma semana ou um mês. Convencionou-se que um
milímetro de chuva equivale a 1 litro de água jogado em 1 m2 de superfície.
Quando o pluviômetro registra 5 mm em uma hora, a chuva é considerada
fraca. De 5 mm a 60 mm em uma hora, a chuva é moderada. Mais que isso é
chuva forte.