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O salto da rã (ART451)

Esta simples montagem elétrica foi publicada numa seção denominada Mini projetos que mantinhamos numa revista técnica. O época do artigo é de ano é 1997  mas o artigo é ainda atuasl, já que usa como componentes apenas fio esmaltado que pode ser obtido de velhos transformadores e bobinas.

Temos então uma montagem muitoi simples e também muito interessante cuja finalidade é demonstrar o princípio de funcionamento dos solenoides e eletro-imãs. Também podemos utilizar este projetona demonstração de fenômenos eletromagéticos. Sugerimos indicar este circuito em trabalhos escolares do ensino fundamental e médio pois, além de atraente ele pode ensinar muito sobre física.

Eis uma montagem experimental que além de poder ser usada em feiras de ciências ou trabalhos escolares também serve como brinquedo ou jogo. Trata-se de um sistema simples que faz saltar uma rã (bolinha de papel ou isopor) sempre que pressionarmos um interruptor.

Um concurso do tipo "quem consegue fazer a rã saltar mais longe" pode ser imaginado com base neste projeto que utiliza poucos componentes que até podem ser obtidos em sucatas.

 

FUNCIONAMENTO

Carregamos um capacitor com uma tensão contínua. O capacitor é de valor elevado o que significa que, quando fechamos o circuito pressionando S1 e ocorre sua descarga, uma forte corrente circula por um alto-falante colocado neste circuito. O resultado disso é a produção de um estalo forte acompanhado de um movimento do cone do alto-falante que joga longe uma bolinha de isopôr colocada no seu interior.

Para a brincadeira ou jogo a finalidade será verificar quem consegue fazer a bolinha (representando a rã) ir mais longe.

Para finalidade didática a explicação será outra:

 

O QUE EXPLICAR

Correntes elétricas criam campos magnéticos e capacitores podem armazenar cargas estáticas (procure Garrafa de Leyden nas enciclopédias).

Assim, neste experimento temos dois fenômenos elétricos envolvidos:

O primeiro consiste em se carregar um capacitor com tensão continua. Como a rede de energia fornece tensão alternada através de um transformador (T1) usamos um diodo para obter tensão contínua.

Esta tensão carrega o capacitor com uma grande carga que fica armazenada até o momento em que o interruptor S1 é pressionado.

O aluno deve então explicar que pressionando S1 o circuito de descarga formado pelo alto-falante e o próprio interruptor é fechado. Assim, as cargas negativas que estão numa das armaduras do capacitor podem fluir até a armadura onde estão as cargas positivas e aí ocorre seu cancelamento.

A corrente que flui é muito forte e ao circular pela bobina do alto-falante cria um forte campo magnético. O aluno pode falar de Oesterd para mostrar que o campo magnético de uma corrente depende de sua intensidade e até de Ampère citando sua experiência que prova a existência desse campo.

O resultado é que o campo criado age com o do imã que existe no alto-falante e com isso aparece uma força que movimenta o cone. É esta força que movimenta o cone quando o alto-falante reproduz sons, mas no nosso caso com a descarga é um pulso único o que temos é um estalo e a bolinha jogada longe pelo seu movimento.

Veja que o movimento (para frente ou para trás) depende do sentido da corrente. Assim, se no estalo o cone for para trás e não para frente devemos inverter as ligações do alto-falante. O aluno pode explicar isso nas suas demonstrações.

Faça cartazes explicando o princípio de funcionamento. Chame a atenção para o experimento na área de física sobre capacitores e eletromagnetismo.

 

MONTAGEM

O circuito de carga do capacitor é mostrado na figura 1.

 

Circuito de carga do capacitor
Circuito de carga do capacitor

 

A disposição dos componentes numa pequena ponte de terminais (que deve ficar numa caixa plástica para maior segurança, já que o circuito é alimentado pela rede de energia) é mostrada na figura 2.

 

O circuito montado numa ponte de terminais
O circuito montado numa ponte de terminais

 

O transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede local e secundário de 12+12 V com pelo menos 300 mA de corrente. O enrolamento secundário é ligado de modo a carregar o capacitor com uma tensão de aproximadamente 36 V que corresponde ao pico de 2 vezes 12 volts aproximadamente ou 1,5 x 2 x 12.

O capacitor pode ter valores entre 1 000 e 2 000 µF com tensão de trabalho de pelo menos 40 V. O alto-falante deve ser de pelo menos 10 cm de diâmetro com potência a partir de 10 watts. Os tipos de imãs pesados dão melhores resultados.

As rãs tanto podem ser bolinhas de isopor como papel, ou ainda grãos de feijão e rolhas ou outro material leve com 0,5 a 2 cm de diâmetro.

O alto-falante será posicionado levemente inclinado de modo a jogar as rãs para frente.

Para experimentar o aparelho coloque o alto-falante com o cone na posição indicada e uma bolinha de isopor. Ligue o aparelho e espere alguns segundos antes de pressionar S1. Deve ocorrer um estalo e a bolinha deve ser atirada longe. Se o lançamento for muito fraco devido ao movimento incorreto do cone inverta as ligações do alto-falante e tente novamente.

 

SUGESTÕES DE TRABALHOS

Pode-se aproveitar este circuito para demonstrar como os alto-falantes funcionam, de que modo produzem sons.

Outra possibilidade de aplicação deste circuito é como verificador da polarização de um alto-falante pelo movimento que o cone faz na descarga do capacitor.

 

D1 - 1N4004 - diodo de silício

R1 - 1 k ? x 1/8W - resistor - marrom, preto, vermelho

C1 - 1 000 µF à 2 200 µF x 40V ou mais - capacitor eletrolítico

S1 - Interruptor de pressão normalmente aberto

FTE - alto-falante comum de 4 ou 8 ? com 10 cm ou mais

T1 - Transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 12 + 12 V e 300 mA ou mais

 


Diversos:

Ponte de terminais, caixa plástica, fios, cabo de alimentação, rãs de isopor ou outro material, solda, etc.

 

 M

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