Estudo comparativo de rolamento e a determinação do início de deslizamento de uma esfera num plano inclinado

Abstract

Este trabalho faz um estudo comparativo entre as velocidades de rolamento de uma esfera de aço num plano inclinado com lançamento oblíquo. Para determinar a velocidade final no plano inclinado foram utilizados cronômetros com sensores digitais, e para determinar a velocidade inicial do lançamento oblíquo foram utilizadas as equações de alcance horizontal. Através do gráfico da velocidade em função da raiz quadrada da altura do plano inclinado, foi possível determinar a faixa de compatibilidade entre os dois primeiros modos para obter a velocidade da esfera, bem como fazer a comparação com um terceiro modo, no qual se admitiu a conservação da energia mecânica. Através do mesmo tipo de gráfico, foi possível determinar, pelo início do deslizamento, o valor do coeficiente de atrito entre a esfera e o plano inclinado, cujo resultado ficou compatível com outra forma simples de determinação. Palavras-chave: rolamento de esfera, coeficiente de atrito, lançamento oblíquo.This article reports a comparative study of the velocities of rolling of a steel sphere on an inclined plane with an angle of launching. To determine the final velocity in the inclined plane, we used stopwatches with digital sensors, and to determine the initial velocity on the oblique launch, we used the horizontal range equations. From the graph of the velocity as a function of the square root of the height of the inclined plane it was possible to determine the range of compatibility between the first two modes to determine the speed of the sphere and make comparisons with a third mode, in which case it was supposed the conservation of mechanical energy. From the same type of graph, it was possible to determine the start conditions of sliding, and the coefficient of friction between the sphere and the inclined plane, with consistent results with other simple methods. Keywords: rolling of a sphere, frictional coefficient, oblique launching. IntroduçãoA importância das atividades experimentais na formação científica já foi muito considerada, em todos os níveis de ensino, por vários autores [1][2][3], seja para destacar o aspecto motivacional [4] ou para a integração entre teoria, prática e aprendizagem de conceitos [5][6]. Em todo caso, jáé bem conhecida a necessidade de o professor situar adequadamente as práticas para que elas sejamúteis e realizem as funções a que se destinam [7]. Numa recente revisão da literatura feita sobre as atividades experimentais no ensino de ciências [8], constatou-se haver um consenso de que as atividades práticas constituem a essência da aprendizagem científica. No entanto, há divergências e confluências em relaçãoà inserção dessas atividades experimentais [9] e elas ainda raramente são utilizadas pela maioria dos professores brasileiros no ensino de ciências alegando falta de tempo, de equipamentos e desmotivação para trabalhá-las com seus alunos [10][11].No que se refere ao tema específico de rolamento de um corpo maciço, as pesquisas mostram que os alunos encontram dificuldades conceituais relativas ao papel da força de ...

Análise teórica e proposta para determinação experimental do coeficiente de atrito de rolamento em um plano inclinado

“…Na Ref. [4] também se descreve um experimento com esfera rolando em um plano inclinado. A velocidade da esfera no final do plano inclinadoé determinada por três maneiras diferentes:…”

“…Os valores dessa grandeza apresentados na Ref. [4], são cerca de 5 por cento maiores que os valores de velocidade calculados via conservação de energia mecânica. Como podemos ver da Eq.…”

“…Nos trabalhos aqui analisados, Refs. [2] e [4], está implícito a utilização de um modelo de corpo perfeitamente rígido. Obviamente, tal modelo tem suas limitações em uma situação real.…”

“…Dentre os aspectos que enfatizam essa importância, são apontados o estímulo para uma participação mais ativa dos alunos bem como a criação de situações que concorram para os estudantes refletirem acerca de suas ideias sobre os fenômenos e conceitos físicos, O plano inclinadoé um sistema muito simples e facilmente encontrado em um laboratório didático de física. Apesar de sua grande simplicidadeé um sistema de enorme potencial didático, como atestam diversos trabalhos publicados na RBEF [2][3][4]. Adicionalmente, ele possui um grande interesse histórico pois as leis do movimento uniformemente acelerado, descobertas por Galileo Galilei, foram estabelecidas a partir de experimentos utilizando o plano inclinado, apesar das discussões entre os historiadores da ciência acerca do pa-pel das atividades experimentais de Galileo [5,6].…”

O experimento didático do lançamento horizontal de uma esfera: Um estudo por videoanálise

“…Uma variante desse experimento, proposta por diferentes autores,é trocar a plataforma curva por uma calha reta formando um plano inclinado com uma mesa horizontal [5,6]. A esferaé, portanto, lançada obliquamente.…”