Recentemente, me deparei com um vídeo de fitas métricas “correndo” ao longo de uma tábua de madeira enquanto elas se retraiam. Quem não gosta de estender a fita o máximo que puder e deixá-la voar de forma imprudente? Obviamente acelera dramaticamente. Como qualquer pessoa preocupada com a física, comecei a me perguntar se a força é constante. Como podemos avaliar?
Estou em casa durante o verão, um verão que eu precisava desesperadamente, e longe de algumas das minhas ferramentas habituais. Sem probeware. Não há alunos para ajudar. Primeiro coloquei um pequeno balde com alça em uma balança de comida da nossa cozinha. Estendi a fita métrica e usei-a para subir na balança. A força period um tanto constante, mas não tão constante quanto eu gostaria. Uma sonda de força teria sido útil para calcular a média de muitos pontos de dados e ver a força graficamente.
Talvez fosse mais simples medir a aceleração, em vez de medir a força diretamente. Poderíamos replicar o vídeo unique. Mas e o atrito? Também notei que as fitas métricas às vezes ficam presas quando usadas nesta posição. E se puxássemos um carrinho de massa conhecida e analisássemos o vídeo? Os carrinhos de brinquedo à minha disposição eram muito leves – ou tinham muita fricção – para fornecer um movimento lento e consistente o suficiente para ser medido de forma satisfatória com as ferramentas disponíveis.
Mas lá estava ele na minha cara: a mesa de air hockey. Coloquei a fita métrica de lado, para que o peso da fita estendida não faça com que ela esfregue tanto na fita (a fita se retrai com mais suavidade). A placa de base Lego flutua lindamente na mesa. Alguns tijolos de Lego são colocados em uma extremidade da placa para segurar o gancho da fita métrica durante a retração.
O vídeo, que foi gravado a 1/8 da velocidade ou 240 fotogramas por segundo, deu-nos 135 fotogramas, para um movimento que ocorreu em apenas 0,56 segundos. O melhor é que só tive que definir o objeto no primeiro quadro e o Tracker se encarregou de marcar a posição e o tempo de todos os 135 quadros. Demorou apenas um ou dois minutos.
Isso funciona melhor quando o objeto é muito fácil de “ver” contra o fundo. Portanto, ao gravar vídeos para análise física, é sempre melhor pensar cuidadosamente sobre a aparência do objeto de interesse em relação ao fundo. Inclua também um objeto distinto de tamanho conhecido para escala. Já que estamos nisso, quanto mais perpendicular ao movimento você filmar, melhor. Quanto maior a varredura angular do movimento, mais distorcida se torna a posição medida em relação à posição actual.
Então, foi a força constante? O que você acha? Primeiro a posição contra gráfico de tempo.
Em seguida a velocidade contra gráfico de tempo.
Isso parece linear para mim. A aceleração constante implica força constante. Agora, este é apenas um teste. Se eu tivesse mais tempo e recursos, adoraria repetir para diferentes massas. Talvez alguém com um carrinho dinâmico possa tentar. Adoro traçar aceleração versus 1/massa. Se a força for verdadeiramente constante, devemos obter uma inclinação igual a essa força constante.
Ainda estou aprendendo sobre molas de força constante, das quais não tinha conhecimento até outro dia. Eles parecem estar em todos os tipos de dispositivos, como fitas métricas, fechos de portas e retratores de cabos. Meu entendimento é que eles são construídos a partir de uma fita protendida de aço para molas enrolada em um tambor. Existem muitos vídeos mostrando fitas métricas sendo desmontadas para reaproveitar a fita enrolada. Esta foi uma pequena investigação satisfatória que pode ser divertida de fazer com os alunos.
Finalmente, aqui está o arquivo rastreador se estiver interessado. E um vídeo do experimento.
~Dan Hosey
