Compreender e distinguir os três tipos de equilíbrio, estável, instável e indiferente.

Quais as características de cada um dos três tipos de equilíbrio, justificando pela posição do centro de gravidade em relação ao ponto de apoio.

Equilíbrio de um corpo extenso, centro de massa e centro de gravidade.

Sugerimos que o professor inicie a aula fazendo uma ligeira recapitulação sobre centro de massa de um objeto, depois fale dos tipos de equilíbrio.

 Primeiro passo: localizar o centro de gravidade. Pegue um pedaço de uma folha de papelão, recorte-a em um formato irregular, semelhante ao esquema abaixo, e pendure-o por um ponto qualquer na borda, ponto A da figura. Trace nele uma reta, a partir de A, na direção vertical da linha suporte. Escolha outros pontos e repita o procedimento. Essas linhas se interceptam num ponto que é o centro de gravidade.

         Se o professor preferir não executar o experimento ele pode projetar a figura numa tela e explicar para a turma ou criar seu próprio esquema.

http://cepa.if.usp.br/e-fisica/imagens/mecanica/basico/cap24/grafico2.gif

Segundo passo: Leve uma caixa de forma cúbica ou de um paralelepípedo e uma bola de qualquer material para mostrar aos alunos cada tipo de equilíbrio. Não esquecendo de frisar as condições de cada um desses tipos de equilíbrio: estável, instável e indiferente.
          Também aqui se o professor preferir não mostrar os objetos em sua mesa, poderá mostrar o desenho abaixo da Figura 02 que é o esquema correspondente da exposição.

 
Qualquer o bjeto que tenha o seu centro de gravidade ac ima do seu ponto de ap oio estará em equilíbr io (ainda que instável às vezes). Ao inclinar ligeiramente o primeiro bloco seu centro de gravidade se eleva, soltando o bloco ele retorna a posição inicial. Já no segundo bloco girando levemente, seu centro de gravidade fica mais baixo e ele não retorna a sua posição inicial, afastando definitivamente dela. No terceiro caso, a esfera, sendo deslocada num plano horizontal, seu centro de gravidade mantém-se na mesma altura permanecendo em equilíbrio em nova posição. As linhas tracejadas indicam a trajetória do centro de gravidade em cada caso.

      Outro esquema ilustrativo sobre equilíbrios estável, instável e indiferente está ilustrado na Figura 03. Uma pequena esfera ou bolinha dentro de uma calota, equilíbrio estável; a bolinha na parte superior da calota, equilíbrio instável e a bolinha na mesa plana e horizontal, equilíbrio indiferente.

         A Figura 04 é um exemplo clássico dos três tipos de equilíbrio, com a vantagem de possuir textos explicativos na mesma. Vale a pena apresentá-la durante a aula.

Terceiro passo: Mostre também a figura do "Pássaro Equilibrista", Figura 05, ou se possível, melhor ainda mostrar o pássaro normalmente fácil de encontrar nas pequenas lojas e explique porque o pássaro não cai. O princípio físico é bastante simples, quando apoiamos o pássaro pelo bico, ele fica em equilíbrio devido ao contrapeso que existe nas extremidades de suas asas fazendo com que seu centro de gravidade fique abaixo do ponto de apoio. Por isso ele se encontra em equilíbrio estável. A figura 06, conjunto garfos, rolha e palitos, é equivalente ao pássaro e bem simples de montar, veja abaixo.

http://1.bp.blogspot.com/_qKVSQJPy7jg/SXdHzmiRDII/AAAAAAAAAf8/2Bu20_Zd-iU/s400/1.bmp

http://www.pet.dfi.uem.br/ludofisica/img/passaroequilibrista.jpg

http://pontociencia.org.br/imgdb/experimentos/585779fd42fa5137653504b3bd385d2a.jpg

Duas tarefas para verificar se os alunos entenderam bem o conteúdo da aula:

01. Peça aos alunos para classificar cada uma das seguintes situações quanto ao tipo de equilíbrio:
a) Uma roda suspensa pelo seu eixo.

b) Uma esfera homogênea em equilíbrio num apoio côncavo.

c) Uma esfera homogênea em equilíbrio num apoio convexo.

d) Uma esfera homogênea apoiada num plano horizontal.

e) Um quadro retangular pendura por um de seus vértices.

f) Uma bo la apoiada numa rampa inclinada.

g) O brinquedo João teimoso, boneco que fica sempre de pé.

02. Passar para os alunos a seguinte tarefa: você tem uma raquete de tênis e deseja f urar nela um orifício por onde deve passar um eixo horizontal. Para a raquete permanecer em equilíbrio, esse orifício deve coincidir com o centro de gravidade da raquete. Descreva um método com todos os procedimentos para marcar esse ponto.

Quarto passo: Se depuser de recurso, mostre o filme “Mago da Física - equilíbrio”, que se encontra no portal do professor, endereço abaixo, é muito interessante e tem apenas 3 minutos e meio de duração. Ele mostra uma situação de equilíbrio estável com explicação pelo narrador e vai enriquecer sua aula.

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=8831

Esse filme também se encontra na internet no seguinte site:

http://www.youtube.com/watch?v=ViwCFlMb7x8&feature=youtube_gdata

Obs. Figuras sem fonte refere-se ao próprio autor

Peça a cada aluno que fique de pé de costa para a parede e com os dois calcanhares colados no rodapé e tente encostar a ponta dos dedos da mão no chão sem curvar a perna. Pergunte a eles porque não conseguem fazer isso se mantendo em equilíbrio?