A curiosa física de 7 brinquedos clássicos

Por , em 4.12.2011

Comparados com o fascínio dos atuais jogos de videogame, os brinquedos clássicos de outrora podem parecer chatos para as crianças de hoje.

Mas, na verdade, eles não são tão mundanos quanto parecem: muitos desses brinquedos incorporam importantes conceitos físicos, e brincar com eles ajuda as crianças a desenvolver uma compreensão intuitiva do mundo ao seu redor – algo que não pode ser adquirido a partir dos virtuais jogos modernos. Confira:

1 – Piões

O pião, um brinquedo encontrado em muitas culturas do mundo e mesmo entre ruínas arqueológicas, tem alguns profundos princípios físicos. O primeiro é a conservação do momento angular, a lei que dita que, na ausência de influências externas, um objeto girando deve se manter girando.

Como o pião gira em cima de um ponto minúsculo, ele experimenta uma quantidade mínima de fricção com a superfície abaixo dele, e assim continua girando por um tempo deliciosamente longo, demonstrando a lei.

Mas, como o atrito, eventualmente, retarda o brinquedo, ele torna-se instável e começa a balançar, levando à demonstração de um outro princípio, chamado de “precessão”. Quando o pião balança, seu eixo de rotação – a linha invisível que corre verticalmente através de seu centro – se inclina para a lateral, fazendo um ângulo.

Este ângulo permite que a força da gravidade exerça um “torque” no pião, colocando giro adicional sobre ele, e isso faz com que ele balance para fora em um arco, ainda girando. Em um esforço para conservar seu momento angular total, o pião precessa mais rápido quanto mais lento gira, o que explica porque normalmente os piões dão um solavanco “para fora” quando o atrito para seu giro.

2 – Lâmpadas de plasma

Lâmpadas de plasma (ou globos) são lindas apresentações visuais de uma variedade muito estranha da matéria.

Esses vidros transparentes são preenchidos com uma mistura de gases não reativos – como hélio, neônio e criptônio – mantidos a menos de um centésimo de pressão do ar exterior.

A esfera menor no centro da lâmpada é um eletrodo – um condutor elétrico que é usado para transferir eletricidade a partir de um circuito para um vácuo circundante. Quando a lâmpada é ligada, uma corrente elétrica de alta frequência flui para o eletrodo, e de lá, passa para os átomos gasosos que o rodeiam. A corrente ioniza os átomos, dando-lhes uma carga elétrica e, simultaneamente, fazendo com que eles emitam flashes de luz. Um gás ionizado é chamado de plasma.

Como os elétrons tentam fluir tão longe um do outro quanto possível (repelidos uns pelos outros pelas suas cargas negativas), eles atiram o eletrodo central em todas as direções no vidro exterior. Suas rotas de fuga são os filamentos de plasma visíveis nas lâmpadas.

Colocar a mão perto do vidro altera o campo elétrico que existe entre o eletrodo central e o vidro, fortalecendo a força que atrai os elétrons para fora. É por isso que um filamento de plasma parece atraído pela sua mão quando você toca a bola.
Felizmente, as lâmpadas de plasma comerciais são de baixa potência, suficiente para que não te machuque quando a corrente elétrica passa ao longo do filamento através do vidro para sua mão.

3 – Mola Maluca

Um brinquedo de mola clássico apresenta um pouco de física verdadeiramente surpreendente. Quando você mantém uma mola no ar e a deixar cair, seu fundo permanece totalmente parado até que o resto da mola se junte, para depois cair no chão. Parece pairar no ar, desafiando as leis da física, antes de finalmente cair no chão com o resto da mola (veja no vídeo) – e esse comportamento tem um sentido físico perfeito.

“A explicação mais simples é que a extremidade inferior está parada conforme a gravidade a puxa para baixo, e a tensão a puxa para cima – forças iguais e opostas”, disse o professor Rod Cross. “Nenhum movimento ocorre na extremidade inferior, até ela receber a informação de que a tensão mudou. E é preciso tempo para que a informação se propague através da mola”.

Em suma, uma onda de compressão, que carrega informações sobre o desaparecimento da força para cima, tem que viajar até a mola para que a extremidade inferior “saiba” que a mola foi solta, e deve cair.
O que seria realmente desafiante é se a extremidade inferior da mola caísse no instante em que alguém soltasse a mola. Este tipo de ação nunca acontece na natureza.

4 – Pássaro sedento

Em um episódio de Os Simpsons, o personagem Homer pega um dos brinquedos clássicos de “pássaro bebendo água” para que ele pressione a tecla Y (de “Yes” para “sim”) em seu teclado de computador, fazendo o seu trabalho por ele, enquanto ele sai para ver um filme. Um enredo inteligente, mas não realista: a presença de um copo de água é crucial para o movimento do pássaro sedento ou bebedor.

O brinquedo é uma “máquina térmica” simples que converte energia térmica derivada da água em trabalho mecânico.

A ponta de feltro do bico da ave deve primeiro ser mergulhada na água. No interior, a bola de vidro da cabeça da ave é preenchida com vapor que evapora de um líquido – geralmente um composto químico chamado diclorometano – que preenche o seu corpo mais abaixo.

Quando o bico do pássaro sai da água, a água começa a evaporar-se. A evaporação abaixa a temperatura da cabeça da ave, fazendo com que alguns dos vapores de diclorometano dentro dele se condensem. Conforme essas moléculas de vapor se aproximam, a pressão na cabeça abaixa, e isso atrai o líquido na base do brinquedo até o pescoço. O líquido flui para cima, fazendo com que a cabeça da ave se torne pesada, oscile para trás e para frente e, eventualmente mergulhe o bico na água novamente.

Em seguida, como a extremidade inferior do tubo no pescoço da ave está em uma elevação mais alta do que a superfície do líquido, isso provoca uma bolha de vapor que desloca o líquido, que flui de volta para o fundo, deslocando o peso da ave devolva a sua posição ereta. O processo, em seguida, recomeça. O pássaro continua percorrendo estas etapas desde que haja água suficiente no vidro para molhar o bico do pássaro cada vez que ele cai sobre o copo.

5 – Foguetes modelo

Os modelos de foguete usam os mesmos mecanismos básicos que um foguete real. Estes brinquedos fáceis de operar podem chegar a uma altitude de mais de 300 metros, deixando um rastro de fumaça pra trás, e conforme alcançam seu pico, implantam um paraquedas e voltam a Terra. Mas como eles funcionam?

É tudo sobre a ordem em que diferentes combustíveis dentro do foguete inflamam. Primeiro, a pessoa queima as luzes do foguete, um “fósforo elétrico” que é enfiado através de um bocal (1) na parte inferior (2) do motor de foguete. A partida incendeia um propulsor do foguete na câmara de combustão (3). O propelente (geralmente algum tipo de pó preto, um explosivo químico contendo carvão, enxofre e nitrato de potássio) em combustão se transforma em um gás quente – e sai do bocal. A primeira terceira lei de Newton afirma que toda ação tem uma reação igual e oposta, assim, o disparo de gás para baixo impulsiona o foguete para o céu.

Um instante depois, a camada de combustível acima do propulsor, chamada de “carga de atraso de rastreamento” (4), inflama. Este combustível tem uma composição ligeiramente diferente do que o propulsor para torná-lo mais lento e sua queima emite mais fumaça. Essa fumaça também espalha através do bocal do foguete, permitindo que o seu operador acompanhe a subida do foguete, observando o rastro de fumaça.

Quando a carga de atraso já queimou – isso acontece assim que o propulsor do foguete também se esgotou -, momento em que o foguete atinge sua altura máxima, a carga de ejeção (5) inflama. Isso faz com que ocorra uma pequena explosão na tampa (6) do foguete, liberando um paraquedas. O foguete então flutua até o chão.

6 – Ímãs

O que causa o magnetismo? Jearl Walker, professor de física, explica que os campos magnéticos naturalmente irradiam a partir de partículas eletricamente carregadas que compõem os átomos – especialmente elétrons.
Normalmente na matéria, os campos magnéticos de elétrons têm direções diferentes, cancelando-se mutuamente. É por isso que os elétrons em seu corpo não fazem com que você grude na sua geladeira conforme você passa por ela.

Mas, quando os campos magnéticos de todos os elétrons em um objeto se alinham na mesma direção, como ocorre em muitos metais (e, obviamente, nos ímãs), um campo magnético é gerado. Ele exerce uma força sobre outros objetos magnéticos, ou os atrai ou os repele, dependendo da direção de seus próprios campos magnéticos.

Infelizmente, tentar entender o magnetismo em um nível mais profundo é essencialmente impossível. Embora os físicos tenham uma teoria chamada “mecânica quântica”, um corpo de equações que representa com muita precisão o comportamento das partículas (incluindo o seu magnetismo), não há maneira de entender intuitivamente o que a teoria realmente significa, pelo menos por enquanto.

Os físicos se perguntam: por que os campos magnéticos irradiam partículas, o que são campos magnéticos, e por que eles sempre se alinham entre dois pontos, dando a seus ímãs polos norte e sul? “Quando você faz um movimento de partículas carregadas, ele cria um campo magnético e dois polos. Nós realmente não sabemos o porquê. É apenas uma característica do universo, e as explicações matemáticas são apenas tentativas de obter respostas”, disse Walker.

7 – Bateria de batata

A construção de uma bateria elétrica de batata (ou limão ou maçã) revela um pouco sobre o funcionamento interno de circuitos elétricos. Para fazer esta experiência científica simples, você insere dois objetos metálicos diferentes – muitas vezes um prego galvanizado e moeda de cobre – na batata, e conecta os fios um com o outro.

Estes fios podem ser anexados em dois terminais de um multímetro (que mede a tensão de um circuito) ou a algo parecido com um relógio digital ou lâmpada. Pode ser preciso duas ou três batatas ligadas em série para gerar tensão suficiente para alimentar esses dispositivos.

A batata funciona como uma bateria, gerando uma corrente de elétrons que flui através do fio. Isso acontece porque o ácido na batata induz uma mudança química no zinco que reveste o prego. O ácido age como um “eletrólito”, ionizando os átomos de zinco ao retirar dois elétrons de cada um deles e deixá-los carregados positivamente.

Os elétrons são conduzidos para longe dos íons de zinco através do fio – e através de quaisquer dispositivos ao longo do circuito – e acabam na moeda de cobre. De lá, eles se juntam com íons de hidrogênio positivos na batata que foram repelidos pelos íons de zinco nas proximidades. O movimento desses elétrons é suficiente para alimentar um relógio de brinquedo ou lâmpada.[Life’sLittleMysteries]

26 comentários

  • Glauce:

    Por deixar esses tipos de brinquedos para trás, hoje vivemos numa época em que ser velho é pertencer à “melhor idade” enquanto as crianças vivem com o drama da “obesidade”…

    • Neto Borges:

      Saudosismo puro.

  • Victória:

    Tecnicamente o globo de plasma não é antigo e ainda é usado em experimentos.E muito interessantemente esta tecnologia antiga.

  • maria duarte:

    vou tentar levar mais asserio esse negocio de física nos brinquedos.

  • Lucas Rodmo:

    Mas essa do pássaro não seria um moto-contínuo?
    (máquina de movimento perpétuo, até onde eu saiba, tecnicamente impossível de se criar)

    • EU:

      acho que poderiam tentar reproduzir o pássaro em escala maior e ver o que aconteçe, talvez seja mesmo um móto-perpétuo.

    • matheusinho:

      isso é um trabalho para o mythbusters

    • Cesar Grossmann:

      Não.

      Um moto-contínuo é um processo que permanece em movimento sem que entre energia externa no mesmo. O passarinho está o tempo todo “bebendo”, e isto implica que há uma fonte de energia que ele está consumindo.

      Em um moto-contínuo, depois de um ciclo da máquina, ela está exatamente na mesma situação que estava antes do ciclo, o que não é o caso deste passarinho, já que parte da água foi evaporada.

      http://science.howstuffworks.com/innovation/science-questions/question608.htm

  • Seu Madruga:

    tinha uma época q eu adorava estes brinquedos!eu era muito pequeno!

    MAS NÃAO FALEM”e vc ainda se lenbra?”!

    • Murilo Mazzolo:

      bom, se você tá falando, é porque você lembra né cara… se não lembrasse não taria falando!!! kkkkkkkk

  • Thales:

    Esqueceram do bat-blec e ioio. Sem marcaram época!!

    • eduardo piva:

      Verdade bateria de batata eu fiz quando criança em feira de ciencias na escola, mas foguetes modelo, e lampadas de plasma $$$$$ só quem tem né. Ioio e bat-bag são brinquedos classicos que é até crime não ter sido mencionado.

  • gloria:

    As explicações sobre os objetos são pontos de vistas de um adulto. Uma criança criativa inteligente brinca até c\ um tampa de panela imaginando mil coisas, vi isso c\ meus filhos(q saudade!)vejo hoje c\ meus netos, nada a ver c\ leis da física, nós adultos é q complicamos as coisas, p\ eles tudo é um simples brinquedo, assim como o vídio game.

    • roni muniz:

      Mas a matéria/ artigo não é sobre os princípios físicos que permitem a existência/funcionamento dos brinquedos???
      Obviamente, isso não poderia ter sido feito sob a ótica infantil.

      Não entendi seu posicionamento, mormente por tratar-se de um artigo em um site de ‘curiosidades’ científicas.

      att.

  • Chessmaster_17:

    Os conceitos do foguete e a batata são muito complexos!

    Seria divertido desenvolver a experiência do tubérculo em casa, algum dia…

    who knows 🙂

  • ALX:

    Legal a materia… Posso saber o pq desses comentarios em ingles? Talves uns xingamentos pra evitar que o comentario seja recusado?

    • Yuri:

      O cara tava colando o pedaço da matéria original em inglês que dizia que era a primeira lei. Compreendes?

  • Jonatas:

    Tenho um pião até hoje. Era e é ainda o meu brinquedo favorito. Muito legal essa reportagem, os brinquedos que não falavam e nem andavam sozinhos éram mais divertidos, tornavam as crianças mais criativas.

    • Flor de Lis:

      Os brinquedos eram mesmo bem mais legais…despertavam muito nossa imaginação. Eu tenho saudade das petecas, pipas, bonecas de pano e outros mais; todos simples… mas tão bons. Ainda os tenho (menos as pipas), mas essa vida adulta deixa a gente tão longe das brincadeiras de criança.

    • Ezio José:

      Que nada! As meninas depois de adultas com certa idade pega no colo os sobrinhos da mainhamais nova. Uma boneca qualquer criança.

  • Jobson:

    Éh isto ai!
    Isto é o tipo de material que ensina e constroi um cidadão.
    Está faltando este tipo de informação em nossa sociedade. Muito futebol, samba, sexo, drogas marginalização generalizadas e outras informações que não levam ninguem a lugar nenhum. Precisamos de diversão sim, mas com boa qualidade e medida.
    Não conseguimos colocar em orbita os Sacis I, II e III e para finalizar nossa base explodiu. Puro reflexo das informações que estamos direcionando aos nossos jovens.

  • Marcelo M.:

    “A primeira lei de Newton afirma que toda ação tem uma reação igual e oposta”. Natasha, é a Terceira Lei de Newton e não a Primeira…

    • Cesar:

      Não sei se dá para contar como erro da Natasha, ela foi fiel ao original, que afirma ser a primeira Lei de Newton, enquanto que é a terceira, como você apontou.

    • SimonViegas (@SimonViegas):

      Realmente não dar para condená-la… simplesmente passou! mas repetir o erro, também é um erro!!! Ou não?

      O bom que já está corrigido e identificado…

      PS: E o original naaaada! rs

    • Ezio José:

      Newton’s first law holds that every action has an equal and opposite reaction; thus, the gas shooting downward propels the rocket skyward.

  • Toinho:

    Vou tentar fabricar um desses pássaros artesanalmente, como um desafio para as férias 🙂

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