Esse experimento faz parte de um grupo de seis experimentos sobre formação e propagação de fenômenos ondulatórios. O grupo de atividades, de caráter mais qualitativo, foi pensado com o objetivo de trabalhar com os alunos o número imenso de acontecimentos da natureza que podem ser descritos utilizando o conceito de ondas.

Nesse caso, a atividade objetiva demonstrar que a energia que impulsiona uma oscilação se dissipa com o tempo em função do amortecimento. A proposta da atividade é que o aluno, instigado por questões que problematizem o fenômeno (como as apresentadas nesse documento), proponha procedimentos experimentais e materiais para a sua realização. No exercício da experimentação, criação e construção conjunta entre professor e alunos será possível o reconhecimento, caracterização e estudo do fenômeno.



Fundamentação teórica

No estudo dos osciladores devemos levar em conta a existência das forças dissipativas (atrito e resistência do ar). A amplitude de oscilação vai gradativamente diminuindo até o oscilador atingir o repouso. As oscilações são, nesse caso, denominadas amortecidas. Se fornecermos energia ao oscilador, de modo a manter constante a amplitude de oscilação, fazendo-o oscilar com uma freqüência diferente de sua freqüência própria, as oscilações são denominadas forçadas.

O sistema de suspensão dos automóveis, por exemplo, consta basicamente de molas e amortecedores. As molas oscilam de um modo forçado quando o carro passa por pistas irregulares, isto é, em saliências ou buracos. Os amortecedores (absorvedores de choque) atenuam os movimentos das molas, produzindo oscilações amortecidas. Sem os amortecedores as molas continuariam a oscilar e o carro oscilaria por um tempo muito maior a cada solavanco.

Podemos verificar na aniamação a seguir que esse acoplamento mola-amortecedor é muito importante.



Observe que na situação 1 não há amortecedor, somente uma mola. Se imaginarmos um automóvel com esse sistema, ao passar em uma saliência qualquer a mola será comprimida e a força restituidora fará com que a mola volte a sua situação inicial. Pela primeira lei de Newton (Lei da inércia), a mola fará com que o veículo se distancie da superfície fazendo com que a mola se distenda, e dessa forma com o comprimento maior que o inicial. A força restituidora fará com que a mola volte para a posição inicial repetindo o processo. Depois de um certo tempo esse movimento oscilatório perderá energia e a mola voltará em sua posição inicial, até que seja encontrada uma outra saliência.

O papel do amortecedor é diminuir o tempo de oscilação da mola para que o sistema adquira maior estabilidade.

Podemos perceber tal função na situação 2 e 3 em que aparece o acoplamento mola-amortecedor. O que varia nas duas situações é o valor da força restituidora devida ao amortecedor em cada uma.

Verifica-se que a força restituidora é função da viscosidade do meio no amortecedor que atenua a movimentação livre da mola.

Na situação 3, com viscosidade maior, atenua rapidamente o movimento oscilatório da mola oferecendo maior resistência a compressão desta e dessa forma, o sistema quase não oscila. Um exemplo são as suspensões de veículos de corrida. O contrário ocorre com a segunda animação, em que o funcionamento com menor viscosidade do amortecedor oferece menor resistência ao movimento de compressão da mola.

Mas o que define o comportamento do amortecedor?

Uma das formas é aumentar e/ou diminuir a quantidade da substância viscosa usada para oferecer resistência ao pistão do amortecedor (variando o tamanho e/ou número de orifício por onde passa a substância).

Outra forma é aumentar e/ou diminuir a viscosidade da substância utilizada ou outras propriedades físico-química, que pode ser trocando a substância ou utilizando fluídos magnetoreológicos que permitam a alteração de sua viscosidade por meio da aplicação de corrente elétrica.

Podemos relacionar essa discussão com o experimento que será realizado nessa atividade.