segunda-feira, 3 de dezembro de 2012
O Pêndulo de Foucault
Uma
breve história do pêndulo de Foucault.
Um dos experimentos mais famosos de Foucault, no
entanto, é admirável até hoje por sua simplicidade: ele demonstrou
experimentalmente que a Terra gira! Evidentemente, isso já não era posto em
dúvida desde Galileu, mas tal movimento havia sido apenas deduzido, não
demonstrado. Foucault simplesmente construiu um pêndulo e fê-lo manter-se
oscilando. Com o passar das horas, o plano de oscilação própria do pêndulo
parecia deslocar-se. Na verdade ocorria o contrário: a base, a superfície da
Terra, é que se movia sob ele. Nos polos, o pêndulo de Foucault faz uma volta
completa em um dia. Em uma cidade como São Paulo, situada à latitude de 20º
30', em 24 h o pêndulo gira apenas de 144º.
Hoje, o pêndulo de Foucault
serve principalmente no estudo da física experimental e como curiosidade, sendo
montado em lugares especialmente preparados. Sua construção é
extraordinariamente simples, sendo que toda a evolução que recebeu a partir da
concepção original de Foucault consiste apenas em melhoramentos superficiais.
Uma das modificações foi a introdução de um sistema de excitação, destinado a
fornecer, de tempos em tempos, a energia que o pêndulo perde em cada ciclo para
vencer a resistência do ar, e também o atrito que o cabo de suspensão encontra
ao flexionar-se. Geralmente, seu comprimento é muito grande, e isso tem uma
razão: quanto maior o comprimento do pêndulo, tanto menor é o número de
oscilações que ele executa por segundo. Em outras palavras, sua velocidade e a consequente
resistência do ar são menores. A massa do corpo suspenso não influi no período;
é conveniente, contudo, que ela seja razoavelmente elevada para que o fio de
suspensão se mantenha sempre firmemente esticado. O formato do corpo deve ser
esférico, o que garante melhor estabilidade. Para marcar o movimento de
rotação, Foucault empregou um quadrante, sobre o qual estava montado o pêndulo.
Montagens mais fáceis empregam um prato contendo areia, no qual uma agulha
presa à parte inferior do corpo traça linhas, à medida que o pêndulo oscila e
muda de plano de oscilação. Não é um processo muito recomendável, uma vez que,
para cavar a areia, o pêndulo despende energia, à custa do movimento. Todavia
se o comprimento do pêndulo e a massa de corpo suspenso forem suficientemente
grandes, essa perda de energia é mínima e não chega a comprometer o processo. O
pêndulo, então, pode manter-se oscilando, podendo o movimento durar até alguns
dias. Os cálculos teóricos podem prever qual será exatamente
o desenho resultante.
Descrição
O instrumento consiste em um arco que gira
em volta do plano de um pendulo preso na parte superior deste arco. O arco faz
referência ao planeta Terra que gira periodicamente em torno de seu próprio eixo de um jeito
que não influencie no plano de oscilação do pendulo.
Materiais
- Um pedaço de
aproximadamente 8x1,5x40(cm), de Madeira
MDF
- Um pedaço de madeira
bruta com 5x5x10(cm).
- Uma tira de chapa de
ferro com 5x100(cm).
- Dois parafusos cabeça
chata
- Um parafuso 4 cm
- Pedaço de fio dental
- Uma chumbada grande
de pesca
- Ferramentas
Montagem
Pegue a tira de ferro e faça quatro furos
com uma broca de 2,5 mm nas extremidades. Faça um arco fixando as extremidades
uma na outra no pedaço menor de madeira bruta. Feito isso, faça um furo no meio
da madeira MDF e fixe o conjunto madeira bruta e arco nessa madeira MDF que
servirá como base do sistema. Faça um furo no polo superior do arco e amarre a
chumbada usando o fio dental.
Imagens do pêndulo construído:
Postado por:
Dayson de Mello Silva
Trabalho feito por:
Hiram Zaleski e Dayson de Mello Silva
Referências
http://www.geocities.ws/saladefisica9/biografias/foucault.html
O Aparelho de Morin
Uma
breve história do aparelho de Morin
Um dos grandes
problemas enfrentados por Galileu na época em que determinou que a distância
percorrida por um corpo em queda livre é proporcional ao tempo ao quadrado, foi
o de medida do tempo, já que os tempos de queda eram muito curtos. O “problema
de medida de Galileu” só foi resolvido
em definitivo na segunda metade do século XIX, quando um general francês,
professor do Conservatório de Artes e Ofícios de Paris, Jules Morin, constrói
uma máquina que permite o registro gráfico imediato para um corpo em queda
livre. O aparelho que leva o nome de “Aparelho de Morin” consiste de um
cilindro girante(a velocidade constante), com uma folha de papel gráfico
afixado a ele, no qual se encontra um peso(um tronco de cone munido de uma
caneta) bastante próximo a ele e guiado por duas guias de arame.
Descrição
O aparelho desenvolvido neste trabalho é um
mesclado entre a máquina de Atwood e o aparelho de Morin. Um pouco diferente do
aparelho de Morin, este aparato opera com um cilindro na horizontal ligado a um
peso que é acelerado apenas pela gravidade.
Materiais
Os
materiais usados podem ser encontrados em marcenarias, depósitos de materiais
para construção, ferro velho e lojas de ferragens e rolamentos.
1 - Madeiras
em MDF.
2 - Tubo
de PVC 5”
3 - Tampas
na mesma medida do tubo
4 - Um
pedaço pequena de chapa galvanizada.
5 - Pequenos
rolamentos
6 - Um
eixo roscado
7 - Porcas
e rodelas
8 - Parafusos
de vários tamanhos.
9 - Uma
pequena polia.
11 - Cordão.
11 - Dois
Pesos.
11 - Parafuso
cabeça de gancho.
11 - Ferramentas
Montagem
Primeiramente monte o cilindro usando o
cano e as tampas de PVC. Corte o cano com aproximadamente 70cm e fixe as tampas
nas suas extremidades. Corte a barra roscada com aproximadamente 100cm, faça um
furo no centro de cada tampa ou seja nas extremidades do cilindro. Atravesse o
cilindro com essa barra e fixe-o no centro da barra usando as rodelas e
parafusos. Em seguida monte a base que irá dar suporte para o sistema usando as
madeiras de MDF. Monte o suporte na forma de um H, de modo que o cilindro caiba
na parte superior desta armação em forma de H. Na sequencia, fure com uma broca
da mesma espessura da barra roscada a parte de cima de modo que o eixo do
cilindro atravesse a armação. Fixe os rolamentos nas extremidades onde o eixo
entra em contato com a madeira, assim alivia o atrito. Feito isso, parafuse uma
madeira desde uma extremidade na parte superior da armação, até a outra
extremidade, confinando o cilindro dentro da armação. Esta madeira deve ser um
pouco mais comprida de forma a dar suporte para a roldana. Esta roldana deve
ser acoplada ao sistema por dois ganchos, aqueles parafusos com cabeça de
gancho. O eixo que atravessa a roldana é feito com a sobra da barra roscada
usada pra fazer o eixo do cilindro. No outro lado, na parte oposta onde você
fixou a roldana, vai sobrar um pedaço do eixo, nessa parte do eixo é que
fixamos a placa de chapa galvanizada. A função da chapa é manter uma velocidade
constante, pois ela irá atritar com o ar. Na outra ponta do eixo, embaixo na
roldana, fixe um pequeno cilindro de plástico na ponta do eixo, ou seja, na
extremidade da barra roscada. Enrole um barbante nesse cilindro, e na ponta
fixe um peso, é este peso que com a força da gravidade irá desenrolar o
barbante e consequentemente acelerar o cilindro. Por fim, atravessem na parte
superior da armação, um pouco acima do cilindro duas vias de fios, elas irão
servir de trilho para o carrinho que fixamos o lápis que fará o gráfico. Este
carrinho é feito com um pedaço de madeira e também é animado pela gravidade.
Neste carrinho fazemos dois furos por onde passaram os trilhos feitos de fio.
Fazemos outro furo no meio do carrinho e perpendicularmente ao trilho pra
fixarmos o lápis.
Imagens do aparelho montado:
Referências
http://www.fsc.ufsc.br/cbef/port/09-3/artpdf/a3.pdf - artigo do Professor Dr. Marcos César Danhoni Neves.
http://www.pet.dfi.uem.br/expofisica/aparelhodemorin.html
Postado por:
Dayson de Mello Silva
Trabalho realizado por:
Hiram Zaleski e Dayson de Mello Silva
Trabalho realizado por:
Hiram Zaleski e Dayson de Mello Silva
terça-feira, 27 de novembro de 2012
segunda-feira, 26 de novembro de 2012
Espectroscópio
O experimento a seguir é do ramo da espectroscopia
da luz. Para entender o funcionamento desse instrumento, é necessária a
compreensão de alguns conceitos físicos de antemão.
O
primeiro deles, difração, o que é?
Difração é um fenômeno que ocorre com as ondas quando elas passam por um orifício ou
contornam um objeto cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza que o seu comprimento de onda. Como este desvio na trajetória da onda, depende diretamente do comprimento de onda,
este fenômeno é usado para dividir, em seus componentes, ondas vindas de fontes
que produzem vários comprimentos de onda.
Para a luz visível, usa-se uma rede de difração, formada
por uma superfície refletiva ou transparente em que se marcam vários sulcos,
bem próximos uns dos outros. Exemplos destas redes e suas propriedades: quando
se olha um tecido de trama fina contra uma lâmpada distante, quando olhamos o
reflexo num CD ou
quando olhamos a Lua através
de uma nuvem, vemos faixas ou halos coloridos, devido à difração da luz por
pequenos obstáculos (a trama, os sulcos do CD ou as gotículas de água
na nuvem).
A difração,
como dito acima, está relacionada com a interação de uma onda com um obstáculo,
ou então quando encontra um orifício através do qual possa atravessar um
obstáculo.
A onda
então, ao contornar ou atravessar um obstáculo, toma diferentes caminhos
(diferentes trajetórias), cujos comprimentos totais podem variar.
O segundo conceito, dispersão,
o que é?
Dispersão na ótica é
o fenômeno que
causa a separação de uma onda em várias componentes espectrais com diferentes frequências.
Devido à dependência da velocidade da onda com sua frequência, ao se mudar
a densidade do
meio, ondas de diferentes frequências irão tomar diversos ângulos na refração.
Em
geral, o índice de refração é uma função da freqüência, ou alternativamente,
com respeito ao comprimento de onda. O comprimento de onda depende do índice de
refração do material de acordo com a fórmula. O efeito mais freqüentemente
visto da dispersão é a separação da luz branca no espectro de luz por um prisma.
Como
um prisma é mais denso que o ambiente, para cada freqüência há um ângulo de
refração diferente, como a cor branca é uma composição de todas as cores, ou a
sobreposição de várias ondas de diferentes frequências,
se dá a dispersão separando cada uma dessas frequências por um ângulo de
refração diferente.
No
nosso instrumento de trabalho, queríamos fazer algo simples que pudéssemos ver
esses efeitos da difração e da dispersão da luz.
Fazer uma fenda ou um instrumento de desvio é
simples, porém o prisma exige um pouco mais de trabalho. Para isso, no lugar do
prisma, utilizamos um CD. Mas, por que um CD?
Sabemos que o CD é uma rede de difração e esse
dispositivo ótico consiste em uma superfície com um grande número de ranhuras
muito estreitas e comprimidas umas nas outras. Por um processo que é descrito
nos livros-texto de Ótica, ao passar ou ser refletida por essas ranhuras, a luz
se dispersa em suas cores componentes.
As
trilhas do CD onde os sons estão codificados, são muito estreitas e
comprimidas, como as ranhuras da rede de difração. É exatamente por isso que o
CD apresenta cores tão vívidas quando reflete a luz em certos ângulos.
Podemos usar o CD para dispersar a luz proveniente de
diversas fontes e observar diferentes tipos de espectro. A fonte mais natural é
a luz solar, que se dispersa nas cores visíveis, as cores do arco-íris, no
entanto, normalmente utiliza-se a luz de uma lâmpada para a realização do
experimento.
Descrição do experimento.
A
construção desse experimento é muito fácil. Para realizá-la deve-se pegar um
tubo quadrado (prisma quadrangular) e em uma de suas bases fazer uma fenda como
na figura a seguir.
 |
| Figura 1: Fenda em uma das faces do prisma quadrangular |
Na
outra base, deve ser feita um orifício por onde se analisará o espectro da luz.
Nessa mesma base, um pedaço de lâmina de CD deve ser colocado na frente do
orifício para que ocorra a dispersão da luz.
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| Figura 2: Orifício na face oposta a fenda. |
Tudo
deve ser vedado utilizando uma fita Kraft. E somente a fenda e o pequeno
orifício ficarão abertos.
 |
| Figura 3: Tudo vedado. |
Depois de pronto aponte o tubo
para uma luz que passe exatamente pela fenda.
 |
| Figura 4: Pessoa usando o experimento. |
A imagem observada dentro do
tubo será parecida com essa:
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| Figura 5: Imagem observada no interior do tubo. |
Ali estão os espectros da luz!
E aquela luz lá no fundo é a fenda.
Bom, é isso.
Divirtam-se!
Postado por: Fábio Viudes.
Como medir a espessura de um fio de cabelo utilizando um laser
Utilizaremos um processo bem simples, é um processo
conhecido por interferência de onda.
Utilizar um laser é a forma de conseguir
um baixo erro experimental, por se tratar de uma fonte de luz que além de
conhecermos seu comprimento de onda, também sabemos que seus fótons viajarão em
linha reta, tendo como possível a realização do experimento de dupla fenda.
O procedimento descrito permitirá calcular o diâmetro de um
fio de cabelo, nylon, cobre ou outro que você desejar. O ideal são fios de
menos de 0,5 mm de diâmetro, já que fios mais espessos produzem espectros de
difração difíceis de se tratar em laboratório.
No experimento será necessário:
_ Um laser de comprimento de onda conhecido.
_ Um fio de cabelo (preferencialmente)
_ Uma fita adesiva grossa
_ Uma trena
_ Uma régua
Posicione o laser de forma que o feixe incida no fio de
cabelo paralelamente ao plano da mesa. Você observará diversos pontos claros na
parede; os mínimos são as regiões escuras entre um máximo e o seguinte.
Você encontrara uma situação parecida com a da figura:
 |
| Figura 1: Simulação da situação experimental. |
Meça a distância entre o fio e o ponto central do laser (x), meça as distancias entre os mínimos para obter
uma média (y). Para calcular utilize a formula para encontrar a
espessura do fio de cabelo (e).
 |
| Esta letra grega representa o valor do comprimento de onda da luz do laser. |
Teremos
então a medida do fio de cabelo, que é, em média, em torno de 50 a 80 milésimos de
milímetros.
Postado por: Ghiovani Zanzotti Raniero
Thiago V. M. Guimarães
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