Newton Cross Por: Lucas Assis

Construa um carro movido a ventilador e observe as manifestações da 3ª Lei de Newton: a lei de ação e reação.

Roteiro adaptado do Fan Cart de Don Rathjen, do Exploratorium Teacher Institute (www.exploratorium.edu).

Materiais Necessários

  • 1 madeirite de 10 cm x 30 cm;
  • 3 palitos de churrasco;
  • 2 palitos de picolé (que sustentarão a vela);
  • 1pedaço de madeira espessa de 4,5 cm x 4,5 cm, pa
  • 1 pedaço de madeira mais espessa com aproximadame
  • 1 pedaço de madeira com aproximadamente 7 cm x 3,
  • 4 pedaços de madeira fina 3,5 x 3,5 cm;
  • 2 canudinhos;
  • 1 motor elétrico;
  • 1 hélice (pode ser adaptada de um cooler estragad
  • 1 bateria 9V;
  • Conector para bateria;
  • 4 CDs;
  • 2 jacarés;
  • Velcro (macho e fêmea);
  • 1 pedaço de cartolina ou papel cartão 18 cm x 16
  • Grosa;
  • Cola quente;
  • Furadeira com broca 2,5 mm;

Fase 1 - Preparando o madeirite

Corte os canudinhos deixando-os com aproximadamente 12 cm. Em seguida, cole-os ao madeirite a uma distância de aproximadamente 4 cm das extremidades. No lado oposto, cole dois pedaços de velcro macho a aproximadamente 4 cm de cada uma das extremidades (veja as fotos abaixo).

Fase 2 - Preparando a hélice e o motor

Cole a hélice ao motor com a cola quente.

Caso tenha optado pelo cooler de computador, retire a hélice sem quebrá-la. Basta forçá-la para arrancá-la do eixo em que está fixa. Com isso, o centro dela irá quebrar, deixando um furo central.

Use esse furo para fixar a hélice ao eixo do motor elétrico com um pouco de cola quente.

Fase 3 - Preparando a base para o motor e a bateria

Com a grosa, ou lima circular, faça uma depressão no pedaço de madeira (6 x 3,5 cm) para encaixar o motor elétrico. Fixe a parte inferior desse pedaço de madeira ao pedaço com 7 x 3,5 cm, formando um L, como mostram as fotos abaixo. Cole então o motor com hélice na depressão feita. Por fim, cole um pedaço de velcro fêmea na parte inferior dessa base.

Fase 4 - Preparando as rodas

Faça um furo central em cada um dos 4 pedaços de madeira fina de 3,5 x 3,5 cm. Esse furo deve ser ligeiramente mais fino que o espeto de churrasco, de tal forma que ele se encaixe com firmeza. Com a cola quente, cole os quadradinhos no centro do CD. Eles ficarão na parte interna da roda, portanto cole-os no lado CD que você preferir deixar virado para dentro.

Fase 5 - Preparando a vela

Quebre um palito de churrasco deixando-o com aproximadamente 18 cm. Usando a cola quente, fixe os palitos de picolé perpendicularmente ao de churrasco, como na foto abaixo. Em seguida, cole o papel cartão (ou cartolina) à haste montada. Fure o centro do quadrado de madeira 4,5 x 4,5 cm e fixe a vela a ele. Por fim, cole um pedaço de velcro fêmea na parte debaixo do bloco.

Fase 6 - Colocando os eixos e as rodas

Deixe os palitos de churrasco aproximadamente 1 cm maiores que os canudinhos. Atravesse cada um deles por dentro um canudinho e encaixe cada um dos lados a uma das rodas de CD preparadas no Passo 4. Passe um pouco de cola no palito antes de encaixá-lo, isso o deixará as rodas mais fixas.

Fase 7 - Posicionando a bateria e o motor

A bateria ficará sobre a base em L, montada com o motor. Uma dica é usar a própria embalagem plástica da bateria para deixá-la fixa (ver foto abaixo), mas podem ser usadas outras alternativas. Corte um dos fios do conector da bateria deixando-o, aproximadamente, 3 cm menor que o outro. Isso evita que eles possam se tocar, gerando um curto circuito e gastando a bateria. Solde então os jacarés às extremidades dos fios do conector.

Fase 8 - Funcionando o carrinho

Fixe a base com o motor e a bateria à sua respectiva posição com o velcro. Coloque o carrinho em uma superfície plana, conecte os jacarés ao motor e veja seu funcionamento. Procure inverter os jacarés conectados ao motor e veja o que acontece.

Soprando na vela Fixe a vela ao carrinho e ligue o motor para que sopre em direção a ela. O carrinho se movimenta? É possível então que o carrinho se empurre?

Veja o nosso vídeo abaixo!

Fase 9 - O que acontece

Na primeira situação, sem a vela, ligamos o motor que passa a empurrar o ar. Como conseqüência da 3ª Lei de Newton, a lei da ação e reação, o ar empurra o motor em sentido contrário. Como não há uma força para anular este “empurrão” do ar, o carrinho se desloca. Note que invertendo-se as conexões dos jacarés no motor, invertemos o sentido de rotação deste e, consequentemente, invertemos o sentido para o qual o ar empurra o carrinho e, logo, o carrinho desloca-se em sentido oposto ao inicial.

Colocando-se a vela, a situação muda. Novamente, o carrinho empurra o ar, que reage empurrando-o em sentido contrário. Porém, esse ar é soprado diretamente sobre a vela. Ele então empurra a vela em sentido contrário ao que havia empurrado o motor. Ou seja, o carrinho passa agora a ser empurrado por duas forças que agem em sentidos opostos. Essas forças acabam se anulando e o carrinho permanece em repouso.

Fazer com que o próprio carrinho sopre a vela é o mesmo que uma pessoa tentar se empurrar, ou um motorista que, sentado dentro do carro, comece a empurrar o painel na esperança de que o carro se desloque. Isso não é possível! Para que um corpo qualquer abandone o repouso ou mude seu estado de movimento (em outras palavras, seja acelerado), o somatório das forças externas deve ser diferente de zero (2ª Lei de Newton). Uma pessoa é capaz de andar, pois ela empurra o chão para trás e este a empurra de volta. Dessa forma, das forças atuantes na pessoa, tem-se como resultante esta reação do solo, diferente de zero.

Comentários - 9 Comentários

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Lucas Assis em 20/04/2010 10:03:57

Obrigado Luis. Só fazendo os créditos, o roteiro orginial chama-se "Fan Cart", feito por Don Rathjen, do Exploratorium Teacher Institute, como citado na introdução.

Luis Fernando Gomes Fernandes em 13/04/2010 09:02:24

Lucas,

muito bom, muito criativo seu experimento. Vai fazer o maior sucesso nas minhas aulas. Estou de olho no trabalho de vocês.

Abraço

Leandro Fantini em 12/04/2010 13:24:17

Gostei da parte que o carrinho sobe uma "rampinha". Vocês são muito criativos, essa equipe é nota 10.

Alfredo Mateus em 11/04/2010 17:38:34

Adorei o experimento e o vídeo ficou muito bom. Meu tipo de vídeo científico! :)

Lucas Assis em 09/04/2010 18:38:00

Helder,

o cooler foi testado com duas baterias em série, porém isso aumenta muito a massa do carrinho e a eficiência da propulsão fica comprometida. Quanto à legenda, acho válida apesar de o texto chamar a atenção para esta cena.

Helder de Figueiredo E Paula em 09/04/2010 14:22:41

Ficou bacana demais! Contudo, tenho uma pergunta e uma sugestão. Perg: Daria para usar o próprio motor do cooler ao invés de simplesmente retirar sua hélice e adaptá-la no outro motor? O motor do cooler é DC 12 Volts e creio que seria possível acioná-lo usando duas baterias de 9V em série. Sug: No vídeo, talvez fosse legal inserir uma legenda chamando a atenção para o momento em que o motor é ligado diante da vela estendida e o carrinho permanece em repouso. Esse episódio aparece rapidinho e se a pessoa não estiver muito atenta e já conhecer o efeito, a tendência é que ela não note o fenômeno.