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INSTITUTO DE FÍSICA - USP

CATÁLOGO DO

CURSO

Exploração de Conceitos Físicos por meio de Experimentos Simples.

Equipe Prof.Dr.Fuad Daher Saad

Prof. Paulo Yamamura Prof. Cláudio Furukawa

Paulo Flores Cidemar D. Forcemo Carlos R. Marques

Rio de Janeiro, 24 a 28 de julho de 2006

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RELAÇÃO Demonstrações e Experimentos

OPTICA - LUZ 01.- Vela Fantasma 02.- Imagens múltiplas 03.- Caleidoscópio 04.- Espelho côncavo 05.- Espelho convexo 06.- Espelho cilíndrico: anamorfose 07.- Cuba de vidro com água: refração e reflexão total 08.- Fibra óptica: reflexão total 09.- Cristal de calcita: dupla refração 10.- Lupa 11.- Câmara escura 12.- Polarização da luz e interferência de cores 13.- Tensões em plásticos e vidros 14.- Espectroscópio de CD 15.- Fluorescência 16.- Fosforescência PRESSÃO - DENSIDADE 01.- Placas de pressão 02.- Ventosas 03.- Desafiando a gravidade 04.- Princípio da pipeta 05.- Bebedouro de passarinho 06.- Escoamento de água em situações curiosas 07.- Flutuação da massa de modelar 08.- Ludião de caneta esferográfica 09.- Uvas passas mergulhadoras 10.- Furando balão de látex sem estourá-lo 11.- Prendendo um copinho de plástico num balão de látex. 12.- Conectando balões de látex de diferentes volumes 13.- Chafariz de Hieron 14.- Densidade e dilação volumétrica 15.- Densidade de sólidos 16.- Ampulheta de líquido

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ELETRICIDADE - ELETROMAGNETISMO 01.- Eletrizando canudinhos de plásticos e balões de látex 02.- Eletroscópio de canudinho 03.- Eletróforo 04.- Garrafa de Leyden 05.- Acendendo lâmpada fluorescente com garrafa de Leyden 06.- O movimento de elétrons numa corrente humana 07.- Pilha de batata 08.- Circuitos série e paralelo 09.- Circuito com interruptor bimetálico 10.- Montando o circuito neuroteste 11.- Identificação dos pólos magnéticos de um imã. 12.- Imantando pregos de aço 13.- Experiência de Oersted: corrente elétrica gerando magnetismo 14.- Eletroímã 15.- Indução de corrente elétrica por meio de um imã: magnetismo gerando corrente 16.- Força magnética sobre corrente elétrica 17.- Construindo um motorzinho elétrico 18.- Gerador elétrico CALOR – TERMODINÂMICA 01.- Condutibilidade e inércia térmica. 02.- Radiação de superfície negra e branca 03.- Fritando ovo com calor gerado por radiação de uma lâmpada incandescente 04.- Calefação da água (Efeito Leindenfrost) 05.- Vela dentro de um tubo de acrílico 06.- Convecção da água 07.- Produzindo baixa pressão dentro de uma garrafa de refrigerante 08.- Tesômetro 09.- As transformações térmicas numa cafeteira a vácuo 10.- Expansão adiabática do ar: nuvem de vapor d´água dentro de uma garrafa 11.- Turbininha a vapor 12.- Bazuca 13.- O pássaro sedento

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MECÂNICA 01.- Movimento de uma bolha dentro de um tubo com óleo 02.- Tempo de reação vassoura em queda “livre” 03.- Centro Gravidade figuras planas 04.- Equilíbrio vassoura (ou martelo) 05.- Equilíbrio de pregos 06.- Torre de Pisa 07.- Móbile de varetas 08.- Looping 09.- Foguete de água 10.- Foguete de batata 11.- Prato girante

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OPTICA LUZ

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1. - Vela Fantasma

Conceitos: reflexão da luz; formação de imagens em espelho plano; material transparente.

• 1 placa de vidro plano • 2 velas coloridas bitola normal • 1 pedaço de massa de modelar • caixa de fósforos • estilete para ajustar a altura da vela

2. - Imagens múltiplas

Conceitos: reflexões múltiplas; imagens primárias, secundárias, terciárias; inversão esquerda – direita.

• 2 espelhos planos de 120x120x2 mm • 1 objeto (caixa de fósforos) • Fita colante para articular os espelhos • 1 Placa de madeira para apoiar o espelho (anterior)

3. - Caleidoscópio

Conceitos: reflexões e imagens múltiplas; simetria.

• 3 espelhos de 15 cm de comprimento por 3,5 cm de largura; • Fiat-crepe e adesiva; • Tesoura; • Plástico (vidro) transparente de formato triangular; • Plástico (vidro) translúcido de formato triangular; • Miçangas coloridas, canutilhos, contas de plástico ou

pedaços de vidros coloridos; 1 triângulo eqüilátero de cartolina de 7,5 cm de lado com um orifício central de 1 cm

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4.- Espelho côncavo

Conceitos: Imagem real e virtual; imagem direita e invertida; tamanho da imagem; foco.

• 1 vidro de relógio (química) Ø ˜ 5 cm • pedaço de tecido preto (cetim) • pedaço tábua compensado 50x5x1 cm (apoio espelho e vela) • massa de modelar • 1 vela • 1 caixa de fósforos

5. - Espelho convexo

Conceitos: imagem virtual; tamanho imagem; foco; campo visão.

• 1 bola de árvore de Natal • 1 vidro de relógio (química) Ø˜ 5cm • pedaço de tecido preto (cetim) • tábua compensado 50x5x1 cm (apoio) • massa modelar • 1 vela • 1 caixa de fósforos

6. - Espelho cilíndrico – Anamorfose

Conceitos: reflexão da luz, formação de imagens;

• Figuras deformadas usando software livre “anamorph me!”. • Espelho cilíndrico [15 cm tubo PVC 2 pol envolto com papel

metalizado] • http://myweb.tiscali.co.uk/artofanamorphosis/software.html

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7. - Cuba de vidro com água: refração e reflexão total. Conceitos: meios de propagação da luz, interfaces, propagação retilínea, refração, reflexão na interface, reflexão total.

• aquário vidro comprimento 20 cm; largura 4 cm e altura 8 cm. • caneta laser • água • leite para turvar a água para melhorar a visibilidade do feixe

8. - Fibra óptica

Conceitos: reflexão total da luz; interface entre 2 meios; transmissão;

• Fibra óptica • caneta laser

9. - Cristal de calcita – Dupla refração

Conceitos: refração; polarização; anisotropia; duplo índice refração.

• cristal de calcita • Polaroid • Caneta laser

10.- Lupa

Conceitos: refração; imagem real e virtual; distância focal; imagem direita e invertida; ampliação.

• 1 lupa comercial • 1 lente convergente f = 5 cm

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11.- Câmara escura

Conceitos: propagação retilínea; refração; imagem direita e invertida; focalização.

• 1 caixa de papelão com fundo contendo um pequeno orifício, no interior do qual desliza uma outra caixa contendo um anteparo de papel vegetal onde se pode focalizar a imagem.

• lente convergente

12.- Polarização e Interferência de cores

Conceitos: polaróides; polaróides cruzados; luz polarizada;

• 2 placas de Polaroid • papel celofane • placa de acrílico com durex

13.- Tensões em plásticos e vidros

Conceitos: luz polarizada; polaróides cruzados; fotoelasticidade; tensão e anisotropia; tensão e birefrigerância.

• Material de plástico: régua, esquadro, transferidor etc.

• 2 placas de Polaroid

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14.- Espectroscópio de CD

Conceitos: interferência; espectro atômico; espectro contínuo;

• Espectroscópio de CD • Lâmpada incandescente • Lâmpada fluorescente

15.- Fluorescência

Conceitos: fluorescência; pigmentos fluorescentes; emissão de luz; fótons.

• Lâmpada Luz negra • Papel sulfite • Marcador de texto • Tintas fluorescentes • Sabão em Pó

16.- Fosforescência

Conceitos: fosforescência; emissão de luz; fótons.

• Lâmpada luz negra • Lâmpada estrobo • Material fosforescente: interruptores • Placa pintada com tinta fosforescente

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PRESSÃO DENSIDADE

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01.- Placas de pressão

Conceitos: pressão; pressão atmosférica; força de pressão; vácuo.

• Duas placas de plástico maleável • Banqueta com tampo de fórmica

02.- Ventosas

Conceitos: pressão; pressão atmosférica; força de pressão; vácuo.

• Ventosas comerciais • Banqueta com tampo de fórmica

03.- Desafiando a gravidade

Conceitos: pressão; pressão atmosférica; tensão superficial; equilíbrio.

• 1 recipiente de vidro de azeitona com tampa furada • 1 recipiente de vidro de azeitona com tampa furada, porém com

uma tela de arame de malha fina. • água colorida • papel sulfite

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04.- Princípio da pipeta

Conceitos: pressão; pressão atmosférica; vácuo; equilíbrio.

• Canudinho • Garrafa PET de 1000 ml com um furo

próximo do fundo • Água

05.- Bebedouro de passarinho

Conceitos: pressão; pressão atmosférica; vácuo; equilíbrio.

• Garrafa PET de 300 ml • Recipiente com suporte para

emborcar a garrafa • Água

06.- Escoamento de água em situações curiosas

Conceitos: pressão dinâmica; pressão estática; vazão; velocidade do fluxo.

• Garrafa PET de 1000 ml com furos próximos da base • Água

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07.- Flutuação da massa de modelar

Conceitos: flutuação, massa específica; peso; empuxo de Arquimedes; equilíbrio; volume deslocado.

• Massa de modelar • Cuba com água

08.- Ludião de caneta esferográfica

Conceitos: flutuação, massa específica; peso; empuxo de Arquimedes; equilíbrio; volume deslocado.

• Corpo caneta esferográfica • Ludião de vidro • Ludião pescador • 2 clips pequeno • 1 garrafa PET de 2500 mm ou 3000 ml

09.- Uvas passas mergulhadoras

Conceitos: massa específica; peso; empuxo de Arquimedes; equilíbrio; volume deslocado.

• Uvas passas • Garrafa com água gasosa

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10.- Furando balão de látex sem estourá-lo

Conceitos: tensão; elasticidade; ponto ruptura do material.

• Balão de látex • Bomba de encher balão • Agulha fina comprida

11.- Prendendo copinho de plástico num balão de látex

Conceitos: pressão do ar aprisionado; massa, volume, massa específica; peso; empuxo de Arquimedes; equilíbrio; volume deslocado.

• Balão de látex • Bomba de encher balão • Copinho de café • Copo de água

12.- Conectando balões de látex de diferentes volumes

Conceitos: pressão; elasticidade; tensão da película.

• Tubo com válvula • 2 balões de látex

13.-Chafariz de Hieron

Conceitos: pressão do ar aprisionado; energia potencial; trabalho da pressão.

• 2 recipientes de refrigerante • Estrutura para suportar os recipientes desnivelados • Tubos de plásticos para conectar os recipientes • Bico de chafariz • água

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14.- Densidade e dilatação volumétrica

Conceitos: dilatação e densidade em função da temperatura; empuxo de Arquimedes.

• 2 garrafas PET 600 ml com tampos furados e grudados entre si • Água quente e fria • Corante de alimentos

15.- Densidade de sólidos e líquidos

Conceitos: massa; volume; densidade.

• Balança digital de precisão • Cilindros pequenos de cobre, latão e ferro. • Pedaços de isopor • Álcool; refrigerante Diet e Normal.

16.- Ampulheta de líquido

Conceitos: densidade de líquido; diferença densidade; flutuação; empuxo de Arquimedes.

• 2 recipientes redondos de refrigerante • Água colorida com corante de alimentos • Querosene • Conector feito com tampas dos recipientes com 2 tubos paralelos.

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ELETRICIDADE ELETROMAGNETISMO

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01.- Eletrizando canudinhos e balões de látex

Conceitos: elétrons e carga elétrica; eletrização; atração e repulsão elétrica; efeito de polarização de moléculas.

• Canudinhos de plástico • Balões zero • Balões compridos • Papel de enxugar mão • Flanela/Lã • Latinha de refrigerante

02.- Eletroscópio de canudinho

Conceitos: elétrons e carga elétrica; eletrização; atração e repulsão elétrica; efeito de polarização de moléculas.

• Lápis • Prendedor de roupa • Canudinhos

03.- Eletróforo

Conceitos: elétrons e carga elétrica; eletrização por indução; atração e repulsão elétrica; elétrons livres.

• Forma de pizza grande • Cabo isolante • Placa de forro plástico

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04.- Garrafa de Leyden

Conceitos: elétrons e carga elétrica; eletrização; atração e repulsão elétrica; princípio do capacitor.

• Garrafa de refrigerante com tampa • Fio de cobre 4 mm2 • Massa epóxi • Folha de alumínio • Cola rápida • Água

05.- Acendendo lâmpada fluorescente com garrafa de Leyden

Conceitos: movimento dos elétrons num campo elétrico; corrente elétrica; transformação de energia elétrica em luminosa; circuito elétrico.

• Eletróforo • Garrafa de Leyden • Lâmpada fluorescente • Fio com jacarés

06.- Movimento de elétrons numa corrente humana

Conceitos: movimento dos elétrons num campo elétrico; corrente elétrica; transformação de energia elétrica em luminosa; circuito elétrico.

• Garrafa de Leyden • Eletróforo • 10 ou mais pessoas dando as mãos

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07.- Pilha de batata

Conceitos: pilha elétrica; potencial eletroquímico; reações de oxido-redução; transformação de energia interna (química) em elétrica; corrente elétrica; voltagem; capacidade “miliampere-hora”.

• 2 lâminas de cobre de 50 x 20 x 1 cm • 2 lâminas de zinco de 50 x 20 x 1 mm • 1 calculadora • 2 batatas ou limões

08.- Circuitos série e paralelo

Conceitos: corrente e tensão elétrica; circuito série; circuito paralelo; fonte de tensão e carga do circuito; Lei de Ohm; efeito Joule; transformação de energia elétrica em luminosa.

• Fonte de tensão 3 V • Interruptor • 2 porta lâmpadas • 1 resistência de chuveiro • 2 chaves para simular circuito paralelo residencial • 1 pacote palhinha aço (queima bombril) • fios tipo rabicho

09.- Circuito com interruptor bimetálico

Conceitos: corrente e tensão elétrica; circuito série; fonte de tensão e carga do circuito; interruptor elétrico; expansão térmica no par bimetálico; calor e luz na combustão da vela.

• Fonte tensão 3 V • 1 porta lâmpada • 1 par bimetálico montado em estrutura vertical • 1 vela

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10.- Circuito neuroteste

Conceitos: corrente e tensão elétrica; circuito série; circuito paralelo; fonte de tensão e carga do circuito; transformação de energia elétrica em sonora.

• Base de madeira compensada 30x15x1 cm • Bateria de 9 V • Buzzer • 100 cm fio de cobre 4 mm2 • fio tipo rabicho

11.- Determinação pólos magnéticos de um imã

Conceitos: pólos magnéticos; campo magnético; atração e repulsão magnética; bússola.

• 1 bússola • 1 ímã • 1 prego imantado

12.- Imantando pregos de aço

Conceitos: pólos magnéticos; campo magnético; atração e repulsão magnética; domínios magnéticos; orientação dos domínios magnéticos.

• 1 ímã • pregos de aço • chave de fenda

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13.- A experiência de Oersted

Conceitos: campo magnético de uma corrente elétrica; regra da mão direita.

• Fonte tensão 3 V • Interruptor • Bússola • 10 cm fio de cobre 6 mm2 • fios tipo rabicho com jacarés

14.- Eletroímã

Conceitos: meio e a intensidade do campo magnético; imã permanente e temporário; indução magnética; atração e repulsão magnética.

• Bobina de fio esmaltado AWG 22/24 até encher o carretel • Prego de aço • Parafuso • Clips • Fonte tensão 3 V • Interruptor • Fios tipo rabicho com terminais tipo jacaré

15.- Indução de corrente elétrica

Conceitos: variação do campo magnético; princípio do gerador eletromagnético.

• Bobina com núcleo de parafuso (eletroímã) • Multitester digital • Imã • Fios tipo rabicho com terminais jacarés e banana.

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16.- Força magnética sobre corrente elétrica.

Conceitos: força magnética sobre elétrons em movimento; sentido da corrente e sentido da força magnética.

• Fonte tensão 3 V • Interruptor • Sistema de 2 fios paralelos fixos • imã • fio de cobre rígido deslizante

17.- Construindo motorzinho elétrico

Conceitos: força magnética sobre elétrons em movimento; sentido da corrente e sentido da força magnética; princípio do motor elétrico.

• Fonte tensão 3 V • Interruptor • Fio de cobre esmaltado ou fio de cabo telefônico • 2 suportes (clips) • Ímã

18.- Gerador elétrico

Conceitos: transformação de energia mecânica em elétrica; energia cinética do ar transformando em energia mecânica de rotação; princípio do gerador eletromagnético.

• Hélice de cata-vento • Imã • Bobina com núcleo de prego ou parafuso • multiteste

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CALOR TERMODINÂMICA

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01.- Condutibilidade e inércia térmica

Conceitos: combustão; transferência de calor por convecção e condução; capacidade térmica; temperatura de ruptura da película; energia interna e variação de temperatura.

• 1 balão de látex de festa no 7 • Vela ou lamparina • Água

02.- Radiação de superfície negra e branca

Conceitos: transferência de calor por radiação; emissividade térmica das superfícies.

• Frigideira com um lado preto e outro branco • Fonte térmica (chama de gás, lamparina, lâmpada 200 W).

03.- Fritando ovo por meio da radiação térmica

Conceitos: transferência de calor por radiação; absorção e emissividade térmica das superfícies.

• Frigideira com a superfície externa preta • Fonte térmica: lâmpada de 200 W • Óleo • Ovo de codorna

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04.- Calefação da água [Leydenfrost effect]

Conceitos: ebulição da água sem contanto com a superfície quente; transferência de calor por radiação e convecção.

• Frigideira aquecida à temperatura acima de 220oC • Água

05.- Vela dentro de um tubo de acrílico

Conceitos: transferência de calor por convecção; combustão da parafina; correntes de convecção.

• Tubo de vidro ou acrílico com 30 cm de altura, diâmetro interno de 5 cm e com um orifício de 8mm de diâmetro a 5 cm da base.

• Base de apoio • Placa de alumínio em forma de T de largura 4,9 cm e comprimento 20 cm

no interior do tubo • Vela; fósforo.

06.- Convecção da água

Conceitos: transferência de calor por convecção; correntes de convecção.

• Becker com água • Papel picado ou cascas de batata • Fonte térmica

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07.- Produzindo baixa pressão no interior de uma garrafa PET de 2 litros

Conceitos: pressão e numero de moléculas; Lei geral dos gases: PV = nRT; condensação de vapor d’água e vácuo; diferença de pressão.

• Garrafa pet de 2 litros com tampa • Água quente (cerca de 80oC) • Fonte térmica (aquecedor elétrico) • Recipiente para aquecer água

08.- Tesômetro

Conceitos: transferência de calor por condução e por convecção; evaporação e pressão num recinto fechado;

• Recipiente de vidro formado por 2 bulbos conectados por um tubo contendo álcool a baixa pressão.

09.- Transformações térmicas numa cafeteira a vácuo

Conceitos: transferência de calor por convecção e por condução; combustão do álcool; evaporação num recinto fechado e aumento de pressão; condensação num recinto fechado e diminuição de pressão; formação de vácuo; ebulição abaixo de 90º C.

• Sistema de cafeteira a vácuo • Pó de café • Água mineral sem gás • Adoçante e/ou açúcar • Copinhos de café • Colher de café

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10.- Expansão adiabática: nuvens de vapor d’água dentro de uma garrafa PET

Conceitos: Trabalho mecânico; transformação de energia mecânica em energia de pressão; expansão adiabática do ar; transformação de energia interna em calor.

• Bomba para encher pneu • Rolha de borracha com válvula de pneu • Garrafa PET de 2 litros

• Água 11.- Turbininha a vapor

Conceitos: Combustão do álcool; calor sensível e calor latente; vaporização e aumento de pressão; transformação de calor em trabalho; princípio da máquina térmica.

• Turbina feita de folha de flandes • Caldeira de vapor feito de vidro • Fonte térmica (recipiente com algodão e álcool) • Seringa para injetar água dentro da caldeira • Fósforo

12.- Bazuca

Conceitos: Combustão do álcool; transformação de energia térmica e em mecânica; lei da ação e reação.

• Câmara de combustão feita com 6 latas de molho de tomate soldadas entre si; a primeira fechada no fundo e todas as outras abertas.

• Álcool • Acender de fogão a gás • Bola de tênis de campo

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13.- Passaro sedento

Conceitos: Transformação de calor em trabalho; fonte quente e fonte fria; princípio da máquina térmica.

• Passaro feito de vidro com 2 bulbos ligados entre si contendo clorofórmio sob baixa pressão

• Copo com mistura de álcool e água 14.- Balãozinho térmico

Conceitos: Mudança de fase; ebulição; vaporização; condensação; vácuo;

• Balãozinho de vidro • Lamparina de álcool • Recipiente com água

Conceitos: Transformação de calor em trabalho; fonte quente e fonte fria; princípio da máquina térmica.

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MECÂNICA

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01.- Movimento de bolha dentro de um tubo com óleo de cozinha

Conceitos: empuxo; atrito viscoso; movimento uniforme.

• Tubo de plástico transparente com óleo de cozinha e com uma bolha no seu interior.

• Cronômetro • Régua

02.- Tempo de reação

Conceitos: Gravidade terrestre; queda livre; movimento com aceleração constante.

• Cabo de vassoura ou equivalente • Trena ou régua • Nota de 1 real

03.- Centro Gravidade figuras planas (material homogêneo)

Conceitos: Peso e o seu ponto de aplicação; peso e a vertical; fio de prumo; centro de gravidade e equilíbrio; centro de gravidade e equilíbrio estável; ação restauradora do peso.

• Placas de acrílico nos formatos de: o Triangulo o Trapézio o Figura não regular

• Fio de prumo • Caneta de retroprojetor

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04.- Equilíbrio de vassoura


• 1 vassoura ou objeto análogo • preguinho ou pitão • Fio de nylon ou cordone

05.- Equilíbrio de pregos


• 12 pregos grandes • 1 suporte

06.- Torre de Pisa

Conceitos: Peso e o seu ponto de aplicação; peso e a vertical; fio de prumo; centro de gravidade e equilíbrio; centro de gravidade e equilíbrio estável; ação restauradora do

peso.

• Estrutura maleável contendo um fio de prumo pelo centro de gravidade.

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07.- Móbile de varetas


• 6 varetas Ø = 8 mm e L = 15 cm • 3 metros de linha de costura • estilete • Suporte com base e altura 120 cm

08.- Looping

Conceitos: Energia Potencial e Cinética; Energia Mecânica; Lei da Conservação da Energia Mecânica.

• Estrutura de looping feita com caneleta de alumínio

• Bola de bilhar

09.- Foguete de água

Conceitos: Trabalho mecânico; transformação de energia mecânica em energia de pressão; atrito estático e dinâmico; transformação de energia de pressão em energia cinética; Lei da ação e reação.

• Estrutura contendo o Bomba de bicicleta o Válvula de pneu caminhão com rolha de

borracha • Garrafa PET 2 litros • Água

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10.- Foguete de batata

Conceitos: Trabalho mecânico; transformação de energia mecânica em energia de pressão; atrito estático e dinâmico; transformação de energia de pressão em energia cinética; Lei da ação e reação.

• Tubo de acrílico ou plástico transparente de diâmetro ˜ 2 cm

• Vareta de madeira de diâmetro ˜ 1,8 cm • Batata

11.- Prato girante

Conceitos: força centrípeta; Primeira Lei de Newton.

• Base de acrílico ou alumínio ou madeira c/3 furos

eqüidistantes e próximos da borda • Barbante • Copo de plástico • Água

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SÉRIE TRIBOELÉTRICA

Quando um material for carregado por atrito com outro, o que estiver mais baixo na seguinte série, ficará com carga negativa e o outro com carga positiva.

Mãos humanas Amianto Pele de coelho Vidro Mica Cabelo humano Nylon Lã Pele Chumbo Seda Alumínio Papel Algodão Aço Madeira Âmbar Cera Borracha Níquel, Cobre Estanho, Prata Ouro, Platina Enxofre Acetato Poliéster Esferovite Orleã Poliuretano Polietileno Polipropileno PVC Silicone Teflon

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