Será que vai cair?

Identificar e diferenciar peso, tensão, fricção e forças centrífugas.

Entender o que causa a forte fricção de um barbante ou fio enrolado em um cilindro.

Distribua barbante de um metro de comprimento e peça aos alunos escolherem os pesos para amarrar nas pontas. Certifique-se de que sejam usados objetos sem bordas afiadas (uma borracha, por exemplo) porque os alunos podem se machucar quando o objeto balançar ao redor do lápis.

Amarre pesos nas duas pontas do barbante, um peso deve ser umas 10 vezes mais pesado do que o outro. Depois coloque o barbante sobre o lápis, com o objeto mais pesado pendurando poucos centímetros embaixo do lápis. Com a outra mão, segure o peso pequeno à altura do lápis de forma que o barbante fique esticado horizontalmente na sua frente. Solte o peso pequeno.

1. Por que o peso pequeno se enrola em volta do lápis?

2. Como é que o peso pequeno segura um objeto muito mais pesado quando está enrolado com quatro ou cinco voltas ao redor do lápis?

O que aconteceria com o peso pequeno se o objeto mais pesado não estivesse caindo?
› Se o objeto mais pesado estivesse quieto no lugar, o peso pequeno estaria balançando como um pêndulo.

O que ocorre com o peso pequeno enquanto está se aproximando do lápis?
› Gira rapidamente em volta do lápis.

Por que a fricção do barbante quando ele está pendurado sobre o livro é muito menor do que a fricção do barbante enrolado no lápis?
› A força que pressiona o barbante contra o livro – e, portanto, a força que causa as fricções – é apenas o pouco peso do barbante, não é o peso dos objetos amarrados. Isso ocorre porque as forças que causam esses pesos, ou seja, a tensão do barbante, é paralela à superfície do livro. Contudo, quando está enrolado no lápis, parte da tensão do barbante pressiona o barbante contra o lápis, provocando uma força de fricção maior.

Enquanto o peso pequeno balança em volta do lápis como um pêndulo, o comprimento desse pêndulo fica menor enquanto o objeto mais pesado que está caindo puxa a corda. Devido à conservação do momento angular, a rotação do peso pequeno ao redor do lápis aumenta à medida que o rádio diminui. Desse modo, o peso pequeno gira para dentro em volta do lápis e a força centrífuga desacelera a queda do objeto mais pesado.

No entanto, esse efeito é mínimo comparado com a fricção entre o lápis e o barbante que nele se enrola. Essa força de fricção aumenta exponencialmente com a quantidade de voltas ao redor do lápis, mas não pela mudança da superfície de contato entre o barbante e o lápis. Se esse fosse o caso, o barbante apoiado no livro deveria ter a mesma fricção alta e deter a queda do objeto mais pesado. Curiosamente, o rádio do lápis também não influencia: a força de fricção depende apenas do coeficiente de fricção e do ângulo em que o barbante é enrolado em volta do lápis. À medida que a força de fricção do barbante muda de direção, uma parte pressiona o barbante contra o lápis, causando essa alta fricção. Por causa da chamada fricção de correia, a tensão das duas pontas do barbante é muito diferente e um peso pequeno pode "sustentar" um objeto muito mais pesado e evitar que continue caindo.