A Roda Que Sobe A Colina

Introdução:

Iremos apresentar o experimento físico que mostra a possibilidade de uma roda subir uma colina sem uma força manual, mostrando que é possível “abandonar” uma roda na colina e ela subir.

Discutiremos o como é possível uma roda subir a colina e como o centro de massa pode determinar isso, explicaremos o que é o centro de massa e mostraremos o cálculo do experimento.

O experimento consiste em alguns passos que discutiremos nesse trabalho e com isso vamos comprovar a tese da roda subir a colina.

Materiais Necessários:

1- Uma placa de madeira

2- Uma lata cilíndrica com grande diâmetro e sem tampa

3- Um imã

Procedimento:

Fixamos o imã na lata, pode ser qualquer material para que seja o centro de massa da lata, escolhe-se o imã por ele fixar no material metálico que é a lata.

Coloque a madeira apoiada para que forme uma inclinação para que seja a “colina”.

Posicione a lata em pé no topo da ”colina” e o imã para frente.

Solte a roda e segure-a antes que o centro de massa (imã) dê uma volta completa.

Solte a roda novamente, mas com o imã mais elevado para o lado ao contrário para que ela possa subir a “colina”.

Centro de Massa e Centro de Gravidade

O centro de massa é o ponto onde está concentrada toda a massa de um corpo.

O centro de gravidade (baricentro) de um corpo é um ponto onde pode ser considerada a aplicação de força de gravidade de todo o corpo.

Como é possível que a roda suba o plano?

Ao colocarmos o ímã na parte lateral da lata, mudamos a posição de seu centro de gravidade. Este (que antes se encontrava sobre um eixo que passa pelo centro da lata e é paralelo à sua lateral) passa a ser localizado em um ponto mais próximo da posição do ímã (ver foto abaixo). Assim, quando posicionamos a lata na parte inferior do plano inclinado e elevamos seu centro de massa, elevando a posição do ímã, aumentamos também sua energia potencial gravitacional.

Ao soltarmos a lata, ela rola para cima, abaixando a posição do ímã em relação à horizontal e, com isso, minimizando sua energia potencial gravitacional. Porém, por inércia ela passa do ponto em que isso acontece e acaba subindo um pouco mais. É por isso que seguramos a lata no topo do plano, para dar a impressão de que a lata simplesmente subiu.

A foto abaixo mostra a variação na altura do centro de massa do conjunto lata + ímã. O ponto amarelo indica a posição aproximada do centro de massa quando o ímã está elevado e a lata posicionada na parte inferior do plano inclinado. Traçamos uma linha amarela sobre ele para indicar sua altura.

O ponto vermelho indica a posição aproximada do centro de massa depois que a lata rola um pouco, subindo o plano inclinado. A linha vermelha indica sua respectiva altura, para compararmos com a situação inicial (amarela). Note a variação