Giroscópio com CD

Giroscópio com barbante e CD

O giroscópio, que é um instrumento utilizado para dar estabilidade a navios, aviões, foguetes, telescópio espacial, vídeo games, satélites etc., tem como princípio de funcionamento o “pião” de brinquedo. Esse curioso instrumento consegue manter o equilíbrio usando o movimento de rotação.

O efeito giroscópico pode ser observado em brinquedos como o “ioiô” e o “frisbee”.

Os giroscópios de brinquedo podem realizar truques interessantes como, por exemplo, equilibrar-se em uma linha ou na ponta do dedo. Um dos motivos porque isso é possível é por causa do efeito de “precessão”.

Porque o “CD” consegue parar no ar na posição vertical quando está girando?

O “CD”, na posição vertical, tem a parte superior e a parte inferior.

Quando o “CD” está na posição vertical uma força é aplicada ao seu eixo central e a parte superior fará força para direita enquanto que a parte inferior fará força para esquerda. Como resultado dessas forças o “CD” volta à posição horizontal.

Se o “CD” estiver girando ao redor do seu eixo a primeira lei de Newton é aplicada na parte superior e inferior do “CD”. Primeira lei de Newton: um corpo em movimento continua a se mover a uma velocidade constante ao longo de uma linha reta, a menos que sofra uma força contrária.

Quando o “CD” está girando a parte superior continua a fazer força para a direita e a parte inferior a fazer força para esquerda.

Imagine que a parte superior do “CD” girou 90^o graus para baixo, mas ela ainda continua com o desejo de se mover para a direita. O mesmo vale para a parte inferior – quando girar 90^o graus para cima ela vai continuar com seu desejo de se mover para a esquerda.

Essas forças giram o CD em direção à “precessão”. Como os pontos identificados continuam a girar 90^o graus, os seus movimentos originais são cancelados. Assim, o eixo do giroscópio paira no ar e precessa. A “precessão” não é um mistério,  ela é totalmente coerente com as leis da física.

Giroscópio com barbante e CD

Cuidado: essa atividade usa cola quente e ela pode causar queimaduras graves, por esse motivo a cola quente só deve ser usada com o acompanhamento de um adulto responsável. Quando precisar desse tipo de cola use sempre a pistola de cola quente, trabalhar com ela é mais seguro.

É melhor usar bandeja de isopor para fazer o círculo que será colado no centro do CD. Se for usar papelão dê preferência para aquelas embalagens que são plastificadas em um dos lados, por exemplo, caixa de pizza.

Se não tiver ou não quiser usar cola quente você pode usar fita adesiva para prender o disco no centro do CD.

Se o giroscópio estiver bem alinhado, que é o mais correto, ele vai conseguir parar na horizontal, mas não na vertical. Nesse caso você pode mostrar que ele consegue ficar na posição vertical se estiver girando.
    

Se o giroscópio não estiver bem alinhado ele não vai conseguir se equilibrar na posição horizontal. Nesse caso você pode mostrar que ele consegue ficar na posição horizontal se estiver girando.
    

Junto com a atividade existe um molde com alguns círculos coloridos para fazer experiências com: disco de Newton, cores primárias e secundárias, etc.

Cor primária – o vermelho, azul e o amarelo – são consideradas cores puras, pois não são obtidas através de misturas. A combinação delas pode gerar diferentes cores.

Cor secundária – a cor laranja, o verde e o violeta são obtidos através da mistura das cores primárias.
Os moldes, com os discos de cores, podem ser utilizados junto com o pião para fazer diversas experiências com cores.

Giroscópio com barbante e CD

Cuidado: essa atividade usa cola quente e ela pode causar queimaduras graves, por esse motivo a cola quente só deve ser usada com o acompanhamento de um adulto responsável. Quando precisar desse tipo de cola use sempre a pistola de cola quente, trabalhar com ela é mais seguro.

Professores
Esse brinquedo pode ser utilizado como atividade extracurricular para diversão dos alunos ou para ilustrar uma aula de:
Artes – como atividade manual, montar e pintar o brinquedo, explicar o conceito de cores primárias, secundárias, terciárias etc.
Ciências – o que são as cores e como o cérebro as reconhece; qual a diferença entre cor luz e pigmento; como as ilusões de ótica enganam o cérebro (disco de Benham).
Física – quando for falar sobre centro de massa; centro de gravidade; explicar como funciona um giroscópio; o que é a luz branca; disco de Newton, etc.

Massa - manipulando a massa desse brinquedo é possível conseguir resultados diferentes para a dinâmica e longevidade de rotação do "CD/DVD". Um projeto científico poderia adicionar mais peso para a parte inferior, topo ou perto do centro, utilizando materiais como massa de modelar ou arruelas de metal para tentar responder a pergunta: "como isso afeta o movimento do "CD/DVD", e por quê?"
Também é possível explorar a energia cinética e potencial relacionando a rotação com o atrito que o faz parar.

Engenharia, Física e Tecnologia - Você pode elaborar conceitos de física aplicada de peso, centro de gravidade e inércia de rotação para explicar como esse brinquedo funciona. Quando construir um giroscópio é possível experimentar diversos materiais como metal, papelão, argila, espuma ou madeira para comparar os efeitos sobre a rotação.

Um projeto interessante pode ser as questões de pesquisa, hipóteses, procedimento, resultados e conclusão. Para começar, o professor pode fazer perguntas, tais como "Como isso funciona?" e "O que vai acontecer se eu mudar alguma coisa (formato, peso, cor, etc.)?"

Cores – Uma ideia legal é trabalhar com um disco de Newton ou cores primárias usando os moldes anexos à atividade. Quando o pião atinge sua velocidade mais rápida é possível ver a cor branca (disco de Newton) ou a mudança de cores nos discos (mistura de cores primárias). Além disso, existem outros moldes como o disco de Benham e os discos de ilusões de ótica, como os redemoinhos em preto e branco e outras ilusões que podem ser utilizadas para questionar como funciona o olho humano e o cérebro.