6 Experiências de Ciência Física Simples para Crianças

Física é a ciência natural que lida com matéria, energia, movimento e força. O objetivo do estudo da física é entender como nosso mundo, e por extensão, como nosso universo funciona! Aqui estão 6 experimentos científicos super simples para crianças explorarem densidade, gravidade, eletricidade e pressão. Você provavelmente já tem os materiais necessários para a postura em casa: ovos, água, corantes alimentares, laranjas, um pente e até esparguete!

Mudando a Densidade da Água

Você já viu um lago congelar no inverno? Quando a temperatura cai, forma-se uma camada de gelo por cima, mas por baixo da camada de gelo, o lago ainda está lá. Por que isso acontece, e por que você acha que é tão importante? Iremos abordar estas questões na seguinte experiência. Vamos ver de perto os efeitos da temperatura na água, e ver o que acontece quando você tenta misturar água temperada de forma diferente.

O que você vai precisar:

• Dois recipientes como potes ou copos de medição
• Água
• Tintura de alimentos

Direções

1. Adicione aproximadamente quatro copos de água a um recipiente. Adicione 2-3 gotas de corante alimentar azul e misture bem. Refresque no frigorífico durante a noite.

2. Aqueça aproximadamente 1 chávena de água a ferver ou apenas a ferver. Adicione 2-3 gotas de corante alimentar amarelo e misture bem.

3. Deite lentamente ~1/4 chávena de água fria na água quente. Certifique-se de verter muito lentamente e ao longo da lateral do recipiente para que haja o mínimo de mistura. Você deve ver formar duas camadas. Tempo quanto leva para que as duas camadas se juntem gradualmente para fazer uma única camada verde.

O que está a acontecer?

Mudar a temperatura da água afecta a sua densidade. Quando a água aquece, as suas moléculas vibram e movem-se. Isto faz com que o espaço entre elas aumente, resultando em uma densidade menor. À medida que a água arrefece, as suas moléculas diminuem de velocidade e aproximam-se. Isto torna a água mais densa. A água resfriada em nossa experiência afundou até o fundo porque tinha uma densidade maior do que a água aquecida. Ficou verde porque tocou parte da água quente na descida, arrefecendo-a e fazendo-a afundar.

Na natureza, este fenómeno é responsável por um processo chamado “turnover”. O afundamento da água mais fria e a subida da água mais quente faz com que as camadas de um lago se misturem, permitindo que nutrientes como o oxigênio se dispersem por toda parte. Então porque é que um lago não congela sólidos de baixo para cima? A densidade da água continua a subir até chegar ao congelamento, mas depois a sua densidade muda novamente. O gelo é muito menos denso do que a água líquida, por isso qualquer água que congele sobe até ao topo. O gelo forma uma camada na superfície do lago, mas o lago permanece líquido por baixo, permitindo que a vida vegetal e animal sobreviva durante o inverno.

Como fazer um afundamento ou nado laranja

Ao tentar adivinhar se um objeto flutuará, é útil levar em conta a densidade do objeto. Densidade é definida como massa por unidade de volume, e objetos com uma relação massa/volume maior têm uma densidade maior. Objetos que são mais densos que a água irão afundar, enquanto aqueles que são menos densos permanecerão flutuando.

Por ser menos densos que a água, uma laranja não descascada irá flutuar. Ela deve ser capaz de raciocinar que descascar uma laranja, e assim diminuir a sua massa, deve ter pouco ou nenhum efeito. O que acontece, na verdade, é o oposto. Pode parecer contra-intuitivo, mas na experiência seguinte veremos que descascar uma laranja realmente a faz afundar.

O que você vai precisar:

• Um recipiente de boca larga como um frasco
• Uma laranja
• Água

Direções

1. Encha o jarro com água suficiente para cobrir uma laranja, caso esteja submersa.

2. Coloque gentilmente uma laranja não descascada na água. Observe o que acontece. A laranja afunda ou flutua?

3. Retire a laranja do frasco e descasque-o.

4. Coloque a laranja descascada de volta no frasco. O que acontece com a laranja agora?

O que acontece?

Pode parecer que descascar a laranja deve permitir que ela flutue ainda melhor, pois ao descascar estamos removendo parte da sua massa e tornando-a mais leve. Na verdade, o que a observamos é que descascar uma laranja a faz afundar. Isto parece ilógico até considerarmos a natureza da densidade.

Densidade é definida como massa por volume. Uma casca de laranja é altamente porosa, o que significa que ela tem muitos buracos minúsculos. Os buracos são essencialmente pequenas bolhas de ar. Estas bolsas de ar são espaços vazios, ou bolsas sem massa que, ao calcular a densidade total, servem para diminuir o resultado final. Quando você tira a casca, as bolsas de ar são removidas. Agora, a laranja tem uma densidade maior, porque a sua massa por unidade de volume sobe. A laranja é agora mais densa do que a água. Portanto, afunda-se. Assim, embora pareça ir contra a razão, o resultado é realmente aderir às regras de densidade.

Como usar a gravidade para dizer se um ovo é cozido

“A gravidade” é a força que nos atrai para a terra, e é responsável por fazer as coisas caírem ao chão quando são lançadas ao chão, ou deixadas cair à distância. O “centro de gravidade”, ou o “centro de massa”, é o ponto no qual o peso de um objeto é concentrado. Pode ser considerado como o ponto no qual a gravidade age sobre um objeto.

Alavancar um centro de gravidade estável torna coisas como giros de topo, ou para um andarilho de corda bamba para se equilibrar sobre um fio fino. Podemos também aproveitar este fenómeno para determinar se um ovo está cozido, sem ter de abrir o ovo!

O que vai precisar:

• 2 ovos
• 1 pequena panela
• Água para ferver

Direcções

1. Cozer um dos ovos em fogo forte. *Nota: esta parte requer a supervisão de um adulto. Existem várias maneiras de ferver um ovo, mas para os propósitos desta experiência queremos ter certeza de que o ovo está bem cozido. Para isso, deixe o ovo em água fervente por pelo menos 15 minutos.

2. Esvazie o ovo e enxágue-o com água fria. Coloque o ovo na geladeira por uma hora ou mais. Assim você não pode dizer qual o ovo cozido simplesmente verificando a temperatura.

3. Retire o ovo cozido e o ovo cru da geladeira. Gire os ovos, um de cada vez, em uma bancada ou em uma superfície limpa. Observe as diferenças na forma como cada ovo se move. Um ovo gira suavemente, enquanto o outro gira e é difícil de girar.

O que está acontecendo?

O conteúdo dentro da casca do ovo cru é líquido, então eles são capazes de se mover. Quando você tenta girar o ovo cru, o seu conteúdo se desloca. Isto faz com que o centro de gravidade do ovo esteja em constante mudança. Como não tem um centro de gravidade estável, o ovo não gira suavemente, como um topo faria, mas sim balançando. O ovo cozido, por outro lado, é sólido por dentro. O seu centro de gravidade permanece o mesmo. Portanto, o ovo cozido gira suavemente e se distingue facilmente do ovo cru sem rachar nenhum dos ovos.

Testar uma ponte de espaguete

Uma das decisões chave na construção é a seleção dos materiais de construção. Dependendo da sua composição, diferentes materiais são capazes de resistir a diferentes cargas. Podemos examinar este conceito construindo uma ponte em miniatura, e depois testar a sua capacidade de suportar peso. Usaremos fios de espaguete não cozido para analisar como a composição estrutural de um determinado material de construção afeta sua capacidade de resistir à pressão.

O que você vai precisar:

• Spaghetti
• Clip de papel ou gancho S
• Copo pequeno de papel
• moedas de papel

Direções

1. Coloque um fio de espaguete não cozido entre dois potes ou caixas para que o espaguete forme uma ponte.

2. Dobre o clipe de papel para formar um gancho S (ou simplesmente use e gancho S) e faça um buraco no copo de papel. Suspenda o copo de papel do seu gancho, e depois pendure cuidadosamente o gancho e o copo na ponte de esparguete.

3. Adicione moedas ao copo, uma de cada vez. Registre quantas moedas você pode adicionar antes que o espaguete quebre.

4. Monte a experiência novamente, mas desta vez use dois cordões de espaguete para construir a ponte. Quantas moedas sua nova ponte pode segurar antes que ela quebre agora?

5. Repita o experimento usando quantidades crescentes de fios de esparguete. O que você percebe sobre a habilidade da ponte em carregar moedas ao adicionar mais fios de espaguete?

O que está acontecendo?

Um fio de espaguete não cozido é muito quebradiço, e irá quebrar quando a pressão for aplicada a ele. Quando adicionamos fios adicionais de espaguete, entretanto, a pressão é distribuída entre os fios, de modo que a pressão total aplicada a cada um deles é menor. Os cordões estão basicamente compartilhando a carga, então o número de moedas que podem ser adicionadas antes da quebra da ponte aumenta.

Um exemplo de material de construção que utiliza este princípio é o compensado. O compensado é composto de várias folhas finas de madeira folheada que foram coladas entre si. Isto resulta num material que é capaz de suportar uma quantidade de pressão maior do que seria possível com apenas uma única folha.

Como fazer um pente “Imã”

As chances são, você já experimentou eletricidade estática em algum momento. Aquele pequeno choque que você sente às vezes quando você alcança uma maçaneta, a maneira como seu cabelo fica de pé quando você escova, a maneira como seu chapéu se agarra ao seu cabelo – tudo isso são exemplos de eletricidade estática.

Na experiência seguinte, vamos usar a eletricidade estática para fazer um “ímã”. Vamos gerar uma carga elétrica em um pente de cabelo e examinar como essa carga funciona. No final do experimento, teremos uma melhor compreensão da eletricidade estática, porque ela se comporta da maneira como funciona e o que podemos fazer para minimizar seus efeitos em nossa vida diária.

O que você precisará:

• Um pente de cabelo
• Um tecido
• Tesoura

Direções

1. Se o seu tecido for de 2 camadas, separe as duas camadas e use apenas uma. Usando uma tesoura, corte o tecido em quartos. Coloque um dos quartos em uma mesa.

2. Passe um pente pelo cabelo várias vezes (pelo menos 12 vezes) em sucessão rápida. Isto funciona melhor em cabelos limpos e secos, e dará os melhores resultados com a parte mais fina do pente, ou a extremidade onde os dentes estão mais juntos.

3. Imediatamente após passar o pente pelo seu cabelo, toque o pente em uma das bordas do tecido. Você saberá que funcionou se o tecido se levantar para encontrar o pente assim que ele se aproximar. Usando seu novo pente “magnético”, levante o tecido da mesa e para o ar.

O que está acontecendo?

Electricidade estática é gerada quando partículas com carga negativa chamadas “electrões” são transferidas para um objecto e é permitido acumular. No caso de nossa experiência, o objeto era o pente. Os electrões “saltaram” do nosso cabelo para o pente, dando ao pente uma carga negativa temporária. Como os opostos se atraem, as cargas negativas no pente foram atraídas para as cargas positivas no tecido, e o tecido “colado” ao pente.

Condições mais propícias ao acúmulo de eletricidade estática, e é por isso que você tende a receber mais choques estáticos no inverno. Isto é porque a água é um grande condutor. Quando há umidade, as cargas elétricas estáticas que se acumulam naturalmente em uma superfície podem ser absorvidas por partículas de água suspensas no ar. Estas partículas de água não estão presentes em condições secas, pelo que as cargas se acumulam, apenas para dissipar todas de uma só vez quando entram em contacto com outro objecto, como a sua mão numa maçaneta.

Faça um Ovo Flutuar na Água

Nada tudo flutua na água. Um ovo, por exemplo, afundará até o fundo quando colocado em um recipiente cheio de água. Uma bola de ping-pong, por outro lado, irá flutuar. Porque é que isto acontece? O que faz algo flutuar ou afundar? A resposta é densidade. Objetos que são mais densos que a água irão afundar. Aqueles que são menos densos irão flutuar.

A experiência seguinte irá permitir que você observe o efeito da densidade em ação. Ao alterar a densidade da água, podemos alterar a capacidade de um ovo flutuar.

O que você vai precisar:

• Um recipiente transparente como um pote
• Um ovo (Nota: O ovo não precisa ser cozido, mas pode ser menos nervoso para deixar os pequenos manusearem um ovo cozido.)
• Água
• Sal

Direcções

1. Adicione 1 xícara de água ao recipiente vazio, ou o quanto for necessário para encher o recipiente até a metade e permitir que um ovo fique completamente submerso. Coloque suavemente o ovo na água e observe o que acontece.

2. Retire o ovo. Adicione 6 colheres de sopa de sal à água do recipiente e mexa para misturar. Coloque suavemente o ovo de volta na água salgada e observe.

3. Retire o ovo e lave-o com água fresca. Lentamente, de modo a não perturbar a água salgada, adicione uma chávena de água limpa ao recipiente. O objetivo é deitar a água doce sobre a água salgada, e não misturar as duas camadas. Coloque o ovo no recipiente uma terceira vez.

O que está acontecendo?

Um ovo tem uma densidade maior do que a água, para que ele não flutue. Quando adicionamos sal à água, no entanto, mudamos a sua densidade. Fizemos com que a água tivesse uma densidade maior do que o ovo. Por causa disso, o ovo foi capaz de flutuar. Para realçar ainda mais este conceito, adicionamos uma camada de água doce sobre a água salgada. O ovo afundou através da água doce mas parou de afundar quando atingiu a camada de água salgada.

Um ponto a enfatizar é que um objeto não tem que pesar menos que a água para flutuar, só tem que ser menos denso. Isto significa que ele tem que ter um maior número de bolsas de espaço vazio em relação à sua massa. É assim que barcos são capazes de flutuar apesar de serem tão grandes e pesados, e é por isso que uma bola de pingue-pongue flutuará, mas um ovo não.