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Bolas nos copos em rotação
(Força centrípeta)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br 

Objetivo
Estudo da força centrípeta mediante uma montagem bastante simples.

Material
1 centrifugador manual (ou versão, conforme texto),
2 copos plásticos para água,
2 bolas de pingue-pongue,
1 haste leve de 80 cm a 100 cm.

Montagem
Duas bolas de pingue-pongue são mantidas em movimento circular e uniforme em um plano vertical, mediante um dispositivo (acionado a mão) como se ilustra abaixo (esquema à esquerda; foto à direita):

O dispositivo consiste de dois copos plásticos presos a uma haste leve de comprimento 80 a 100 cm que pode girar no plano vertical, presa ao eixo horizontal de uma centrifugadora manual, de um motor elétrico de rotação controlada por 'dimmer' ou de uma polia pequena ligada por correia a outra polia grande acionada por manivela. Essa versão didática das polias (equivalente ao "banco de rotações" já detalhado nessa Sala) é ilustrada abaixo.

Um dos copos é fixado próximo ao extremo da haste e o outro é fixado próximo do eixo de rotação. 

Procedimento
Uma bola de pingue-pongue é colocada dentro de cada copo (na posição ilustrada acima), e o sistema é posto a girar; primeiro com uma velocidade angular tal que ambas as bolas fiquem em seus respectivos copos (garantindo, a cada uma, aceleração centrípeta maior que a aceleração devido a gravidade). 
A seguir, a velocidade angular é gradualmente reduzida, e pedimos aos estudantes que predigam qual das duas bolas cairá primeiro. 
Considerando que a força centrípeta é proporcional ao quadrado da velocidade angular pelo raio de rotação, [ Fcp = m.
w2.r ] a bola que está no copo mais próximo ao eixo de rotação (raio menor) irá requerer uma velocidade angular maior para se manter no interior do copo.

Calcule o valor do w mínimo para manter ambas as bolas em seus copos. Faça o experimento com outras duas bolas iguais (ambas de vidro -- bolas de gude --, ambas de madeira, ambas de aço etc.) e perceba a influência do fator "massa" nesse experimento simples e didático.

 


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