Princípio da Inércia - Primeira Lei de Newton: Conceito, situações e atividade experimental.

Neste post de número 55, irei discutir a Primeira Lei de Newton também chamada de Princípio da Inércia. Colocarei algumas situações do cotidiano que envolvam o princípio da inércia e também uma proposta de atividade experimental sobre o assunto.

A primeira lei de Newton, ou princípio da Inércia, pode ser enunciada como:

“Um corpo que está em repouso tende a permanecer em repouso, a menos que sobre ele passe a atuar uma força resultante. E um corpo que está em movimento retilíneo e uniforme tende a permanecer em movimento retilíneo uniforme, a menos que sobre ele passe a atuar uma força resultante.”

Pense um pouco sobre o assunto:

Como o Princípio da Inércia pode ajudá-lo a tirar ketchup do frasco, quando resta pouco produto lá dentro?

Muitas pessoas realizam este movimento de vai e vem, para cima e para baixo,
para retirar o restinho de Ketchup no fundo do frasco.
Mas qual a ligação entre este movimento e o princípio da Inércia?

Atividade Experimental sobre a Inércia

Material

·         1 copo plástico;

·         1 cilindro de papel (pode ser o tubo de rolo de papel higiênico, papel toalha ou papel-alumínio);

·         1 laranja ou bolinha de tênis;

·         1 pedaço de papelão.

Esquema de montagem do Experimento

Faça e comprove

Nesta atividade, você poderá comprovar o princípio da inércia em uma situação específica, montada com os materiais descritos acima.

·         Coloque o copo sobre uma superfície plana e apoie o papelão sobre a boca do copo.

·         Em seguida, coloque o tubo de papel sobre o cartão de forma que este fique no centro do copo.

·         Por último, coloque a laranja ou a bolinha de tênis sobre o tubo.

Agora é só segurar o copo com as mãos e com a outra dar um “piparote” no papelão para ver o que acontece.

Comentários:

Com este experimento divertido, os alunos comprovarão a lei da inércia. Ele é muito simples de ser feito, com materiais que os alunos podem encontrar facilmente em casa. Como o título já indica, a atividade serve para comprovar a Primeira Lei de Newton. Ela pode ser relacionada ao curioso truque mágico em que a toalha é puxada sem que a louça sobre a mesa seja derrubada. É preciso posicionar o tubo de papel e a bolinha com boa precisão sobre o copo tomando muito cuidado para aplicar o “piparote” sem se encostar ao copo. Por isso, as primeiras tentativas podem ser frustradas, mas com um pouco de treino vai funcionar muito bem.

Nesse experimento, o papelão recebe uma força, por isso desloca-se para frente, mas sobre a bolinha nenhuma força é aplicada, assim ela não adquire movimento horizontal e cai no copo por causa da força da gravidade.

 

 

Aplicativo sobre o Princípio da Inércia

Com este aplicativo você poderá observar o princípio da inércia em um corpo que estava inicialmente em repouso, e outro em que o corpo estava incialmente em MRU.

 

Para acessar o aplicativo clique aqui.



 

 

O vídeo abaixo é uma emocionante propaganda sobre a importância do uso do cinto de segurança, que se torna necessário por causa do princípio da inércia:

Observe as tirinhas abaixo com situações envolvendo o princípio da inércia:

Lata adestrada - Atividade experimental sobre transformação de energia

Material

·         Lata pequena (pode ser uma lata ou embalagem plástica de achocolatado em pó de 200g ou uma lata de molho de tomate com tampa com tampa tipo “abre fácil”);

·         Elásticos;

·         Martelo;

·         Prego;

·         Parafuso grande com porca.

Montagem do Experimento

Roteiro e questões

Podemos “controlar” a transformação da energia?

·         Usando o martelo e um prego, fure as extremidades da lata bem no centro;

·         Amarre o parafuso, com a porca enroscada até a cabeça, no centro do elástico;

·         Em seguida fixe o elástico, de uma extremidade à outra da lata, usando os pregos para prendê-lo;

·         Agora é só lançar a sua latinha no chão, de maneira que esta role pela superfície mais lisa que encontrar.

Observe o movimento da lata e responda às seguintes questões:

1.      O que aconteceu? Como foi o movimento da lata?

2.      Por que esse experimento recebeu o nome de lata adestrada?

3.      Explique como isso acontece e o motivo de o movimento não ser permanente.

Comentários:

Este é um experimento feito com materiais reciclados e que os alunos podem encontrar facilmente em suas casas. Como é uma atividade de fácil execução, pode ser realizada em sala de aula ou extraclasse, tanto em grupos quanto individualmente.

Neste experimento é possível perceber que, ao lançar a lata, ela diminui a velocidade rapidamente até parar. O surpreendente é que, após o repouso instantâneo, a lata volta a entrar em movimento na direção de quem a lançou.

O nome lata adestrada advém de uma brincadeira de o aluno poder chamar a lata de volta para ele e esta obedecer ao seu mandado.

Neste experimento, temos energia potencial elástica sendo convertida em energia cinética e vice-versa; por isso, acontece o movimento de vaivém. Enquanto a lata rola pela superfície, a massa do parafuso faz o elástico se rolar e enrolar e armazenar energia elástica.


Confira nos vídeos abaixo a atividade realizada pelos alunos do Instituto Estadual de Educação Barão de Tramandaí:

O balde bocha – Atividade experimental sobre conservação e transformação de energia

Montagem do experimento

Material

·         Lata pequena ou copo plástico;

·         Barbante;

·         Moedas ou bolinhas de gude;

·         Carteira escolar e cadeira;

·         Caixa de papelão pequena;

·         Fita adesiva.

Roteiro e questões

Como se dá a transformação da energia potencial gravitacional em cinética?

Nesta atividade por meio de uma brincadeira, você vai estudar a conservação da energia e analisar as variáveis importantes na situação.

·         Monte um “balde” com uma lata ou copo e o barbante.

·         Prenda o conjunto na mesa utilizando uma fita adesiva. Ajuste o tamanho do barbante de maneira que, quando o balde estiver oscilando, este passe a cerca de 2 cm do chão.

·         Posicione a caixa de papelão no chão em frente ao balde.

·         Faça o balde oscilar de modo a colidir com a caixa e observe o que acontece. Você deve soltar o balde a partir da altura do tampo da mesa sempre mantendo o barbante esticado. Observe o que acontece.

·         Acrescente diferentes quantidades de massa (moedas) no interior do balde. Sem mudar a altura, faça os lançamentos do balde em direção à caixa e observe as diferenças em relação à situação anterior.

Após realizar esses procedimentos, responda:

1.       Descreva e explique o que observou.

2.       Em qual situação o sistema armazenou mais energia? Por quê? Como você pode justificar a sua escolha, isto é, qual a principal diferença que você observou?

3.       Como você poderia armazenar mais energia no sistema sem a adição de massa ao balde?

Desafio

Vamos estender esse experimento propondo uma brincadeira e um desafio aos grupos da sala. Esse desenvolvimento foi feito com base em um antigo jogo, praticado desde a antiguidade, no Egito e na Grécia e conhecido como bocha. Nele duas equipes devem lançar bochas, pequenas esferas, em uma pista de, em geral, 20 m, de modo a posicioná-las o mais perto possível de uma bola de referência lançada anteriormente.

Para isso, faça o seguinte:

·         No centro de uma sala, faça uma marca no chão e organize os grupos, cada um com sua montagem, em um círculo em torno dessa marca. Todos devem ficar a mesma distância do ponto central.

·         Cada grupo terá direito a três lançamentos alternados.

·         Vence o grupo que conseguir aproximar mais a caixa do ponto no centro do círculo.

·         É possível fazer quaisquer modificações no arranjo para vencer o desafio.

Comentários

Esta é uma experiência feita com materiais reciclados que podem ser facilmente encontrados pelos alunos em suas casas. O importante neste experimento é observar a diferença entre as situações no diz à quantidade de energia armazenada.

A caixa entra em movimento logo após a colisão do balde. Neste experimento, temos energia potencial gravitacional sendo convertida em energia cinética. A mudança na quantidade de massa na lata aumenta a energia potencial gravitacional do início do lançamento e a energia cinética no final do movimento. Pode ser levantada a questão da dissipação de energia durante a colisão, portanto, essa conversão não é total.

O sistema tem mais energia armazenada por causa da maior massa suspensa, Essa energia a mais foi inserida ao sistema quando o balde foi levantado com mais moedas. Além da constatação de haver uma maior quantidade de massa no balde, pode-se ver o efeito na maior distância percorrida pela caixa após a colisão. Se os alunos não tiverem verificado esse fato, peça para refazerem os dois lançamentos, mas que nesse momento meçam as distâncias percorridas pela caixa. Vale lembrar que, desprezando os atrito, a velocidade final do balde é a mesma em ambos os casos, não dependendo da massa inserida.

Uma segunda maneira de armazenar a energia no sistema, sem a adição das moedas, seria aumentar a altura na qual se solta o balde ou lançá-lo com uma velocidade inicial.

Inspirado no jogo de bocha, pode-se variar a massa do balde, a massa da caixa, a altura do lançamento e a velocidade inicial para conseguir o objetivo de aproximar o máximo possível a caixa do ponto marcado no chão. A cada lançamento, você pode fazer uma marca da posição alcançada pela caixa e devolvê-la ao grupo para o lançamento seguinte. Os grupos devem fazer os lançamentos alternadamente. Você também pode indicar pontos para intervalos de distâncias: assim, ganha o grupo com o maior número de pontos no fim dos três lançamentos.



O vídeo abaixo apresenta a atividade experimental executada pelos alunos Matheus Lopes, Nandara, Flávia e Fernanda, do Instituto Estadual de Educação Barão de Tramandaí.

O vídeo abaixo apresenta a atividade experimental executada pelos alunos Matheus Gemerasca, Guilherme e Cladimir, do Instituto Estadual de Educação Barão de Tramandaí.

O vídeo abaixo apresenta a atividade experimental executada pelos alunos Bruno, Natalha e Rafaela, do Instituto Estadual de Educação Barão de Tramandaí.

O vídeo abaixo apresenta a atividade experimental executada pela aluna Suellen, do Instituto Estadual de Educação Barão de Tramandaí.

Peritos utilizam conhecimentos da cinemática e dinâmica para determinar a velocidade de Porsche que matou advogada em São Paulo

O Fantástico apresentou neste último domingo, dia 2 de outubro, uma reportagem sobre um caso que chocou o Brasil: o acidente entre um Porsche e o carro de uma advogada, que morreu na hora, numa rua de um bairro nobre de São Paulo. O Fantástico teve acesso, em primeira mão, ao laudo técnico.

Graças a uma imagem muito rápida, de menos de um segundo, exibida em câmera lenta, é possível ver claramente que se trata de um carro em alta velocidade. É um Porsche, dirigido pelo engenheiro Marcelo Malvio de Lima, de 36 anos.

A partir dessa imagem, o Instituto de Criminalística de São Paulo conseguiu calcular a velocidade do carro, momentos antes do acidente que levou à morte a advogada Carolina Cintra Santos, de 28 anos.

Essa informação consta do laudo obtido com exclusividade pelo Fantástico. Com 28 páginas, ele foi entregue para a polícia e para os advogados de defesa e de acusação, dois meses e meio depois do acidente. Com base nesse documento oficial e no relato de testemunhas, o Fantástico reconta como foi a colisão.

Na madrugada do dia 9 de julho, na Rua Tabapuã, no bairro do Itaim Bibi, região nobre da capital paulista, o Porsche acelera. Em outro carro, modelo Tucson, Carolina segue sozinha por uma rua transversal, a Bandeira Paulista.

Os peritos não encontraram vestígios de que o Porsche tenha freado ao ver o carro da advogada cruzando lentamente o sinal vermelho. A colisão é tão violenta que o Porsche chega a tirar a Tucson do chão e gira 180 graus.

“A Tucson foi arremessada. Ela voou. Não há sinais de arrasto no local”, diz o delegado Noel Rodrigues de Oliveira Junior.

De acordo com o laudo, depois da colisão, os carros se deslocaram 18 metros. A Tucson ainda bateu em uma árvore, e ficou prensada em um poste.

Para ter informações sobre a velocidade do Porsche, foi usada a imagem da câmera de segurança que fica em uma empresa e filmou o carro de Marcelo Malvio de Lima, 29 metros antes do cruzamento. Os peritos descobriram que nesse ponto, em frente à empresa, o carro do engenheiro percorreu cerca de 11 metros em menos de um segundo. Com esses dados, a perícia calculou a velocidade do Porsche quando passou em frente à câmera: 116,64 km/h.

Mas o laudo faz uma ressalva: a câmera é de baixa resolução e há distorções na imagem. Por isso, foi definida uma margem de erro de cerca de 20%, para mais e para menos. Ou seja: a velocidade do Porsche, 29 metros antes da batida, pode ter variado entre 92 km/h e 141 km/h.

O laudo não consegue precisar a velocidade no momento exato da colisão. O advogado da família da vítima, Claudio Daólio, critica: “É um laudo um tanto simplório, na medida em que ele tem uma variação muito grande de conclusões”.

Para o defensor do dono do Porsche, o laudo é favorável. “O laudo é amplamente favorável ao meu cliente. Ele estava em uma velocidade acima da velocidade permitida, porém, muito aquém dos 150 km/h que foram irresponsavelmente propalados na primeira fase da investigação”, diz o advogado Celso Vilardi.

“É claro o excesso injustificado de velocidade empregada pelo Marcelo”, afirma o delegado Paul Verduraz.

A Companhia de Engenharia de Tráfego informou que, na Rua Tabapuã, o limite é de 40 km/h, embora, na via, não haja placas alertando sobre essa velocidade.

O Fantástico consultou o engenheiro Renato Orsi, formado pela Universidade Estadual de Campinas, que já fez mais de seis mil perícias particulares e oficiais. Ele analisou, também, outra imagem do Porsche, que não foi usada pelo Instituto de Criminalística.

Na imagem analisada pelo engenheiro, a câmera está a 106 metros do cruzamento. Ele calculou a velocidade nesse trecho, comparou com a da imagem analisada no laudo oficial e constatou que o Porsche acelerava a 2,5 m/s².

Supondo que essa aceleração foi mantida nos 29 metros seguintes até o impacto, e considerando uma margem de erro de 10%, ele chegou a uma estimativa: o Porsche teria batido na Tucson a uma velocidade entre 113 km/h e 138 km/h.

Mas seria possível tornar essa conta ainda mais precisa? Segundo o perito, sim, desde que pelo menos um dos carros seja analisado diretamente. “Esse cálculo seria feito através da análise das deformações, medindo-se o quanto cada carro deformou, o quanto afundou durante o impacto”, conta Renato Orsi.

Isso ainda não foi feito. “Nós pretendemos aprimorar ainda os trabalhos do Instituto de Criminalística pedindo uma complementação desse laudo. Nós queremos saber a exata velocidade no momento da colisão”, garante o delegado Paul Verduraz.

A família de Carolina exige na Justiça uma indenização de quase R$ 1 milhão.

Dados da Junta Comercial mostram que, nove dias depois do acidente, Marcelo Malvio de Lima se retirou de uma sociedade numa empresa de investimentos financeiros. E, um dia depois, ele se desligou de outra firma de que era sócio.

“Para nós, é uma clara tentativa de esvaziamento patrimonial, como forma de evitar o cumprimento da condenação em dinheiro”, avalia o advogado Claudio Daólio.

A Justiça bloqueou os bens do engenheiro. Para Antonio Carlos Muniz, outro advogado de Marcelo, a decisão foi precipitada. “Na realidade, é quase uma sentença. Porque já o deu como culpado, já o condenou”, argumenta ele.

Para ficar em liberdade, Marcelo pagou uma fiança de R$ 300 mil. Ele foi indiciado por homicídio doloso.

Para a polícia, por dirigir em alta velocidade, ele assumiu o risco de matar. Por ordem da Justiça, ele não pode frequentar bares à noite nem sair do país. “O que a sociedade cobra é um rigor no julgamento desses fatos, que faça com que as pessoas pensem antes de adotar condutas como essa”, afirma Verduraz.

Reportagem completa veiculada no Fantástico:

Aceleração no fio inclinado - Atividade Experimental de Física sobre MRUV

Assim como o post “Movimento em planos inclinados - Atividade Experimental de Física sobre MRUV”, esta atividade experimental também busca verificar o valor da aceleração e a variação desta com o ângulo, e ainda a aproximação com a aceleração da gravidade.

Materiais:

·         Aproximadamente cinco metros de barbante bem liso ou linha de pesca;

·         Um pequeno anel ;

·         Uma trena;

·         Um cronômetro.

 

Esquema de montagem do experimento



Procedimentos:

1.      Passe o anel pelo fio e prenda uma de suas extremidades na parede, a uma altura de aproximadamente 2m (ponto A).

2.      Fixe a outra extremidade no solo (ponto B). Deixe o fio bem esticado e meça o seu comprimento.

3.      A seguir, solte o anel do ponto A (do repouso, sem dar impulso) e determine o intervalo de tempo que ele demora para atingir o ponto B. O movimento do anel pode ser considerado uniformemente acelerado.

4.      Determine a aceleração do anel.

5.      Repita a experiência com fios de comprimentos menores, mudando a posição da extremidade B: AB₁, AB₂, AB₃ etc.

6.      Determine em cada caso a nova aceleração do anel. Ela aumenta, diminui ou não varia? A que valor tende a aceleração do anel?

Preencher a tabela abaixo e encontrar o valor da aceleração em cada um dos casos. Para calcular o valor da aceleração basta utilizar a função horária da posição do MRUV: Como S₀ e V₀ são iguais a zero usaremos somente

ou com a aceleração isolada    =>