DISSERTATIVA — Proponha um experimento simples e seguro, adequado a uma sala de Educação Física com crianças…

Questão

DISSERTATIVA — Proponha um experimento simples e seguro, adequado a uma sala de Educação Física com crianças pequenas, que permita determinar quantitativamente a posição horizontal do centro de massa de uma boneca representativa (massa total M = 3,0 kg) e calcular o torque mínimo de tombamento t_min quando a base de apoio tem largura b = 0,08 m. Indique materiais, procedimentos de medida, equações (use g = 10 m/s²) e exemplifique com cálculos numéricos.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Material sugerido: boneca rígida (M = 3,0 kg), régua graduada (m), apoio estreito (fulcro de madeira ou lápis robusto), fita métrica, superfície plana. Procedimento (resumido): 1) Determinar posição do CM horizontalmente por balanceamento: apoiar a boneca sobre um fulcro fino (ex.: lápis) sob um ponto aproximado; deslocar o fulcro longitudinalmente até que a boneca fique em equilíbrio rotacional (sem tombar). Marcar a posição do fulcro relativa a uma referência na boneca (ex.: calcanhar). Repetir para maior precisão e anotar a distância x_CM (m) do referencial. 2) Medir geometria da base: medir a distância do referencial (calcanhar/tornozelo) até a borda frontal da base de apoio b_front = b/2 = 0,04 m (se o referencial for o centro da base, ajustar conforme). 3) Cálculo do torque mínimo de tombamento: t_min = M·g·d_tip, onde d_tip é a distância horizontal entre o CM e o eixo de rotação na borda frontal no instante de tombamento. Se x_CM estiver a uma distância a do referencial e a referência estiver a distância r até a borda frontal, então d_tip = r - a (positivo se CM ainda dentro da base); t_min é o momento necessário para levar a projeção do CM até a borda (quando d_tip = 0 o corpo está no limite). Exemplo numérico: suponha que o balanceamento indique x_CM = 0,02 m à frente do centro da base (a = 0,02 m) e que a distância do centro da base até a borda frontal seja r = 0,04 m. Então d_tip = r - a = 0,04 - 0,02 = 0,02 m. t_min = M·g·d_tip = 3,0·10·0,02 = 0,60 N·m. Interpretação: um momento externo igual ou superior a 0,60 N·m, aplicado no sentido de tombar, deslocará a projeção do CM para além da borda e provocará o tombamento. Observações de segurança e precisão: usar a boneca (modelo) em vez de crianças reais; repetir medidas e estimar incerteza (ex.: ±0,005 m na posição do CM leva a ±0,15 N·m na t_min); registrar temperatura/condições do piso se relevante. Fórmulas chave: t = F·d, F = M·g (g = 10 m/s²), t_min = M·g·d_tip.

Explicação

A proposta de experimento é adequada pois utiliza materiais simples e seguros, permitindo que as crianças compreendam conceitos de centro de massa e torque de forma prática. O procedimento de balanceamento da boneca facilita a medição da posição do centro de massa, enquanto os cálculos fornecem uma aplicação direta das fórmulas de física envolvidas. Além disso, as observações de segurança e precisão garantem que a atividade seja realizada de maneira controlada e educativa.

Raio-X da questão

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