Montagens que envolvam tecnologia, obviamente com ênfase a mecatrônica) são extremamente atraentes e necessárias aos cursos fundamental e médio como atividades paralelas (temas cruzados). Já descrevemos diversos projetos desse tipo que foram implantados com sucessos em muitas escolas como o Aerobarco, VM-1 (Veículo mecatrônico), Robô de Competição, e muitos outros. Voltamos agora com um projeto muito simples, mas que faz enorme sucesso entre os alunos dos cursos fundamentais que é o Carrinho do Plano Inclinado.
Monte seu carrinho otimizando-o para que ele corra o máximo possível, sem problemas de atrito e resistência do ar. Solte-o num plano inclinado e veja se ele pode ir mais longe que o dos outros competidores, conforme mostra a figura 1.
Essa é a finalidade de nosso projeto, testado com sucesso no Colégio Mater Amabilis de Guarulhos-SP onde os alunos, montaram seus carrinhos e participaram de uma emocionante competição na quadra da escola. Veja as fotos no final do artigo.
Mas, não se trata de uma simples brincadeira. O aspecto lúdico é apenas um ponto a ser considerado no projeto do Carrinho do Plano Inclinado, pois temas da física podem ser abordados de uma forma conceitual de acordo com o nível dos participantes.
Assim, a competição pode até ser aplicada em cursos do nível médio e superior com o acréscimo do relatório técnico e do desafio mais avançado de se obter o melhor veículo.
Ao levar os alunos a montagem do projeto os professores vão introduzir conceitos básicos de temas da física como:
* Plano inclinado
* Atrito
* Quantidade de movimento
* Resistência do ar
* Peso e massa
* Energia potencial, cinética e conservação da energia
Evidentemente, tudo isso deve ser feito no nível apropriado, lembrando que o projeto foi adotado nas terceiras e quartas séries do ensino fundamental
Além da facilidade da montagem, que usa somente materiais de fácil obtenção, temos a considerar utilização da coordenação motora fina, que infelizmente nossos estudantes estão perdendo por falta de uso.
O Projeto e a Competição
O projeto consiste na montagem de um pequeno carrinho padronizado (as medidas serão dadas no decorrer do artigo), aproveitando rodinhas de um carrinho de brinquedo, ou mesmo criadas com tampinhas de garrafa e outros objetos do dia a dia.
O aluno deve otimizar seu carrinho de modo que ele apresente o mínimo de atrito e resistência ao ar, além de seguir em linha reta quando for solto na competição.
Cada aluno solta seu carrinho de um plano inclinado (sem dar impulsos) verificando-se a distância que ele percorre antes de parar. Ganha a competição o que for mais longe. Para um número elevado de competidores podem ser feitas diversas baterias, classificando-se os primeiros e depois havendo uma bateria final.
O local escolhido deve ser plano com piso liso. No nosso caso, utilizamos a quadra da escola.
Montagem do Carrinho
Na figura 3 temos dois carrinhos prontos, feitos totalmente com material comum. O material usado foi:
Material
1 pedaço de 5 x 20 cm de papelão grosso, pasta ondulada, plástico rígido, madeira ou outro material para o chassi
1 tubo de caneta esferográfica (sem a carga)
1 pilha média (gasta)
1 pedaço de cartolina
4 rodinhas em dois eixos de metal de carrinho de brinquedo
1 tubo de cola
Adesivos e enfeites à vontade
Ferramentas
1 tesoura
1 serrinha para cortar o tubo (normalmente manuseada pelo professor)
A pilha foi usada como peso padronizado, simulando o piloto. Uma pilha média se mostrou com o peso ideal para o experimento.
Na sequência de fotos mostramos a montagem passo a passo a partir dos padrões de recorte mostrados na figura 5.
Observações importantes
1. A pilha que serve de piloto é indicada para que todos os carrinhos tenham o mesmo peso e maior aderência, pois só com o chassi e rodinhas ele ficaria muito leve, podendo se desviar da trajetória com facilidade. Além disso, a resistência do ar impediria que ele corresse, o que é um atrativo para a competição.
2. É muito importante tomar cuidado na colagem dos tubinhos para os eixos das rodas. Eles devem estar perfeitamente alinhados, para que o carrinho ao ser solto, vá em linha reta. Recomendamos que antes de serem colados em definitivo que sejam feitos testes com os canudinhos presos por fitas adesivas. Assim, eles podem ser ajustados e depois colados.
3. O peso e tamanho do carrinho devem ser padronizados. O piloto deve ser o único peso usado e deve ser obrigatoriamente uma pilha média.
Montagem do Plano Inclinado
O plano inclinado é feito com uma tábua de 1,5 m a 1,8 m inclinada da forma mostrada na figura 6.
Duas ripas são pregadas nas laterais para evitar que ao soltar o carrinho ele saia fora da pista.
A inclinação ideal pode ser obtida experimentalmente aumentando-se ou diminuindo-se conforme os organizadores da competição verifiquem que os carrinhos vão muito longe ou muito perto. A inclinação sugerida é ideal para que os carrinhos percorram até uns 15 metros quando soltos.
É importante verificar se o local em que vai ser feita a competição não apresenta algum tipo de inclinação que faça os carrinhos a tender para um único lado da pista.
O que ensinar
Diversas são as possibilidades de se atrelar a montagem do carrinho à temas da física. Se o professor quiser, por exemplo, pode mostrar que com duas pistas que tenham a mesma altura inicial, conforme mostra a figura 7, a distância alcançada por um mesmo carrinho é a mesma, pois a velocidade ao sair do plano independe do comprimento da rampa, mas sim de sua altura inicial.
Os conceitos de quantidade de movimento e energia potencial podem ser transmitidos dessa forma. Para se provar os resultados não basta soltar o carrinho uma vez em cada pista, mas sim diversas vezes, tirando-se a média.
Outro conceito importante a ser ensinado é o do atrito, mostrando-se que parte da energia que o carrinho tem para se deslocar até o ponto mais longe perde-se no atrito, fazendo com que ele pare antes.
Finalmente pode-se trabalhar o conceito de energia potencial, cinética e sua conservação. Mostra-se nesse caso, que a energia não pode ser criada, mas apenas transformada e que existe sempre um limite para a distância máxima que o carrinho pode ir.
P.S. Realizando uma competição em sua escola envie-nos os resultados com as fotos para que possamos divulgá-la.
Usando Lego ou Modelix
Muitas escolas ou mesmo alunos possuem jogos de LEGO ou Modelix que poderiam ser usados na elaboração do carrinho. Existe até a opção de se realizar numa escola uma competição separada para os que possuírem LEGO.
Assim, na figura 8 temos um exemplo de carrinho que poderia ser elaborado usado o LEGO.
Até mesmo o piloto do LEGO Education pode ser usado, por já estar com uniforme de corredor, como mostra a figura 9.
É claro que algumas regras são recomendadas neste caso:
1. Não podem ser usados materiais fora do LEGO para ”fazer peso” como, por exemplo, chumbinhos que são muito utilizados nos laboratórios de física das escolas em certos experimentos.
2. Não podem ser usados lubrificantes.
3. O peso e tamanho do carrinho devem ser padronizados. O piloto deve ser o especificado pelo professor.
Para o Modelix existe até a possibilidade de se comprar um kit para montagem, como mostra a figura 10.
Nesse caso, como se trata de kit, com a estrutura igual para todos, a competição levará em conta apenas a habilidade de se fazer a montagem ou eventualmente outros desafios.
Temas transversais
- Energia potencial e cinética
- Hidroelétrica
- Pêndulo
- Relógio cuco
- Cálculos
- Atrito
- Resistência do ar
