Ponto de quebra por Impulso

Objetivo

Ilustrar uma força impulsiva. Ilustrar a relação entre o Impulso e a variação da Quantidade de Movimento.

Descrição

Um peso de 1 kgf é suspenso por um cordão de uns 20 cm da ponta de uma vareta de madeira de 1 metro. A outra ponta da vareta é presa firmemente. O peso é suspenso de uns 10 cm e solto. Nessas condições, o conjunto deve balançar desajeitadamente. Muda-se o ponto onde o cordão está preso para outra posição a cerca de 60 cm do ponto preso. Repete-se a operação. Dessa vez o cordão deve quebrar. Repetir com vários cordões para ilustrar melhor.

 

Análise

Quando o cordão está preso na ponta, a vareta se desloca bastante, amortecendo a força do peso que cai. Com o cordão mais perto do apoio, a vareta resiste mais e o cordão quebra. O tempo que o peso leva para parar é menor quando o cordão está preso ao meio da vareta. Daí, vem a noção de IMPULSO que é o produto da Força pelo Tempo ( I = F x t ). O Impulso também é igual à variação da Quantidade de Movimento.
A variação da Quantidade de Movimento é a mesma, desde que o peso seja solto da mesma altura ( cerca de 10 cm ). No instante que o peso atinge o comprimento do cordão e dá um impulso sobre ele, a velocidade do peso é a mesma, tanto para o cordão preso na ponta da vareta quanto no meio dela. Logo, nesse instante, a Quantidade de Movimento (que é M x V) é a mesma, nos dois casos. Logo, o Impulso é o mesmo nos dois casos.

Mas, o TEMPO para freiar o peso é MENOR quando o cordão está preso no meio da vareta. Temos então a seguinte relação, onde f é a força quando o peso está amarrado na ponta da vareta e F é a força quando o peso está amarrado no meio da vareta:

f T = F t


Como T > t, devemos ter F > f.

Já que o cordão quebra, F é maior que a tensão máxima que ele suporta, enquanto f é menor. Porisso ele quebra quando o cordão está preso no meio da vareta.

Material usado

Vareta fina de madeira com cerca de 1 metro de comprimento.
Grampo "sargento" usado por carpinteiros para fixar peças em mesas.
Cordão de algodão com cerca de 20 centímetros de comprimento.
Peso de 1 kgf (qualquer coisa serve).

Dicas

Prepare vários cordões e várias varetas e teste com cuidado até encontrar um conjunto que funcione conforme está descrito acima.
Amarre bem o peso.
Coloque uma almofada para aparar o peso quando ele cair no chão.
Faça um pequeno corte na vareta para amarrar o cordão.
Use uma vareta de compensado que enverge mas não se quebre na experiência.