Giroscópio com disco de vinil

Giroscópio com disco de Vinil

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 “disco” consegue parar no ar na posição vertical ou horizontal quando está girando?

O “disco”, quando está na posição vertical, tem a parte superior e a parte inferior.
    

Quando o “disco” 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 “disco” volta à posição horizontal.

Se o “disco” estiver girando ao redor do seu eixo a primeira lei de Newton é aplicada na parte superior e inferior do “disco”. 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 “disco” 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 “disco” 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 "disco" 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.

A explicação acima também vale para quando o disco está na posição horizontal.

Se o disco não estiver girando ele não consegue se mover de um lado para o outro e se manter nivelado nas posições horizontal ou vertical. Mas, se ele estiver girando a estabilidade acontece.

Giroscópio com disco de Vinil

É uma atividade simples e fácil de fazer, não tem o que dar errado.

Uma ideia é testar outros materiais que possam ficar presos no barbante e provoquem o menor atrito possível com disco. Por exemplo, usar um palito de dente que é arredondado.
    

Se não tiver disco de vinil pode fazer a experiência usando um CD/DVD.

Pesquise no banco de dados pela palavra "giroscópio" (sem as aspas) que vai aparecer um link com as instruções para fazer a atividade com CD/DVD.

O objetivo dessa atividade é mostrar que o movimento giratório pode dar estabilidade aos objetos. Um bom exemplo é o pião, enquanto estiver girando ele consegue ficar em pé.

Giroscópio com disco de Vinil

Pais
Sempre que possível monte o brinquedo junto com seu(s) filho(s). Explique os detalhes de cada etapa da montagem, isso vai ajudar a desenvolver a curiosidade e criatividade da criança.
No caso do giroscópio é legal explicar resumidamente como ele funciona: quando o “disco” 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 “disco” volta à posição horizontal. Mas, se o “disco” estiver girando essas forças se anulam e ele consegue permanecer na posição vertical.

Em 1968, os pesquisadores George Land e Beth Jarman realizaram uma reveladora pesquisa sobre criatividade com um grupo de 1.600 jovens nos EUA com base em testes usados pela NASA para seleção de cientistas e engenheiros.

Resultado

Professores
Esse brinquedo pode ser utilizado como atividade extracurricular para diversão dos alunos ou para ilustrar uma aula de:
Física – quando for falar sobre centro de massa; centro de gravidade; explicar como funciona um giroscópio, etc.

Massa - manipulando a massa desse brinquedo é possível conseguir resultados diferentes para a dinâmica e longevidade de rotação do disco. 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 disco, 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, madeira ou até mesmo um “CD” 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, etc.)?"