Descrição

O palhaço de madeira é preso num eixo, sendo que o seu centro de massa está levemente fora da linha que passa por esse eixo. Por causa dessa assimetria, o palhaço tende sempre a ficar com a cabeça para cima, ou seja, o seu centro de massa tende a se estabilizar numa posição um pouco abaixo do eixo de sustentação. Além disso, o eixo do palhaço está apoiado sobre uma superfície curva. Dependendo da velocidade inicial de rotação, o palhaço tende a subir até um ponto mais alto e mais inclinado, podendo voltar para posições de menor energia potencial, descrevendo um movimento de translação oscilatório. Por causa dos atritos, conforme o palhaço vai perdendo altura, ele pode parar numa posição que não é o ponto mais baixo da curva, por causa da assimetria no seu centro de massa. Isso não ocorreria se fosse um disco simétrico com relação ao eixo, que tenderia sempre a parar no ponto mais baixo da curva.

Conceitos e Princípios Físicos Abordados

Pode-se abordar força peso, força de atrito, torque, momento de inércia, centro de massa, momento angular, energia mecânica, rolamento sem deslizamento e equilíbrio de corpos extensos.

Materiais utilizados

Equipamento industrializado.

Links Relacionados

Artigos em português:

• Determinação do momento de inércia de um anel não homogêneo com uso da análise de vídeos. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 37, n. 2, p. 944-956, (2020)
• Momento de inércia. Laboratório de Demonstrações. Ernst Wolfgang Hamburger – Instituto de Física – USP
• Dinâmica de corpos rígidos em superfícies com atrito. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 38, nº 2, e2316 (2016)
• Influência do momento de inércia no movimento dos corpos rígidos. Caderno Brasileiro do Ensino de Física. v.28. n.3 (2011)
• Vídeo-análise de um experimento de baixo custo sobre atrito cinético e atrito de rolamento. Revista Brasileira do Ensino da Física. v.36. n.3 (2014)

Artigos em outros idiomas:

• Demos: 1Q-12 Wheel on Rough Track. Purdue University.
• Rolling down and incline. Havard Natural Sciences Lecture Demonstrations.
• Rolling Race. Bring Science home. Scientific American
• 37.2 Worked Example - Wheel Rolling Without Slipping Down Inclined Plane. MITOPENCOURSEWARE (Massachusetts Institute of Technology)
• You simultaneously release three cylinders of equal mass (~2.7 kg) and equal diameter (~21 cm) but different moments of inertia to roll down an incline. In which order do they reach the end?
• Rolling to a stop down an inclined plane. European Journal do Physics. v. 36. n. 6. (2015)
• A Race Between Rolling and Sliding Up and Down an Incline. The physics teacher. v.39. n. 4. (2021)
• Demos: 1Q-04 Translation with Rolling. Department of physics and astronomy. Purdue university
• Moment of Inertia: Rolling and Sliding Down an Incline. Geogebra

Vídeos em português:

• Experimentando: Palhaço acrobata / Acrobat clown. Laboratório de demonstrações - UFPA (YouTube)
• Experimentando: Rolamento no plano inclinado I / Rolling on inclined plane I. Laboratório de demonstrações - UFPA (YouTube)
• Experimentando: Rolamento no plano inclinado II / Rolling on inclined plane II. Laboratório de demonstrações - UFPA (YouTube)
• Experimentando: Rolamento no plano inclinado III / Rolling on inclined plane III. Laboratório de demonstrações - UFPA (YouTube)
• Experimentando: Rolamento no plano inclinado IV / Rolling on inclined plane IV. Laboratório de demonstrações - UFPA (YouTube)
• Tema 08 - Alguns Movimentos do Corpo Rígido | Experimentos - Rolamento sem deslizamento. Física universitária (YouTube)
• Aula 15.7 - Energia em um corpo rígido; rolamento sem deslizamento. Mecânica Clássica UFF (YouTube)
• Rolamento no plano inclinado. NEaD UFRJ (YouTube)
• Cinemática do corpo rígido (Aula 14, parte 1). Canal USP (YouTube)
• Cinemática do corpo rígido (Aula 14, parte 2). Canal USP (YouTube)
• Cinemática do corpo rígido (Aula 14, parte 3). Canal USP (YouTube)

Vídeos em outros idiomas:

• Toy Physics - Part 2: Tumbling Cat. DrDaveBilliards (YouTube)
• Toy Physics--- tumbling toy -part 2 /// Homemade Science with Bruce Yeany. Bruce Yeany (YouTube)
• Wooden tumbling toy. Dick Rosewater (YouTube)
• Rotational Dynamics Demo: Two Spheres. Physics Demos (YouTube)
• Rotational Dynamics Demo: Hoop and Disc. Physics Demons (YouTube)
• Rotational Inertia: The Race Between a Ring and a Disc. North Carolina School of Science and Mathematics (YouTube)
• 28.27 Roll cylinders down incline. UCSB Physics Lecture Demonstrations (YouTube)
• Lesson 12 - The Strange Behavior of Rolling Things - Demonstrations in Physics. Professor Julius Summer Miller (YouTube)