Duplo cone - Atelier de Brinquedos Científicos

Descrição

O duplo cone parece desafiar a gravidade, subindo a rampa ao invés de descer. Essa rampa em formato de “V” tem o vértice com altura menor do que os braços. Usando um cilindro dá para perceber que ele desce a rampa, ao contrário do duplo cone. Olhando mais atentamente do ponto de vista lateral, podemos notar que o eixo de rolamento do duplo cone se encontra num ponto mais alto quando ele está perto do vértice da rampa, antes de começar a rolar. Daí já dá para ver que o eixo do duplo cone (onde se encontra o seu centro de massa) está descendo. Mas, para que o seu eixo desça, o ponto de contato com a rampa deve mudar, ou seja, o raio do cone deverá diminuir continuamente. Isso não ocorre no caso de um cilindro, pois o seu raio constante não tem como diminuir e abaixar o centro de massa, conforme rola sobre a rampa.

Outro aspecto interessante que nos dá a impressão de que o duplo cone está subindo, é que prestamos mais atenção nos pontos de contato do rolamento, ou seja, na subida da rampa, e não reparamos na altura do seu centro de massa. A geometria de construção da rampa e do duplo cone são importantes para que o efeito ocorra. Os desenhos a seguir, mostram a vista lateral do duplo cone na rampa e a vista superior da rampa. O centro de massa, que se encontra no eixo de rotação, deve cair de uma altura Δh, sendo L o comprimento da rampa, d o diâmetro da base do cone, H é o comprimento do eixo do duplo cone e β é o ângulo da metade da abertura da rampa. A relação entre estas variáveis deve obedecer a desigualdade: (d/H)˃(senα/senβ), para que o duplo cone “suba a rampa”. Esta condição é necessária, porém, ainda devemos levar em conta a relação entre a altura de descida do eixo e a altura de subida da rampa. Caso alguma dessas condições não for satisfeita, por exemplo, se diminuirmos o ângulo de abertura da rampa, o duplo cone poderá permanecer parado ou até mesmo descer de fato.

Conceitos e Princípios Físicos Abordados

Pode-se abordar centro de massa, rolamento, energia mecânica, transformações de energia e dissipação de energia.

Material Utilizado

Equipamento industrializado, fabricado pelo Atelier de Brinquedos Científicos, composto por uma rampa em latão, fixada em madeira de lei e um "Duplo Cone" em madeira.

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