Balança de Poggendorff : uma análise contemporânea

Neste trabalho, é conduzida uma investigação teórica e experimental da balança de Poggendorff (ou aparato de Poggendorff). Ele consiste em uma balança de braço com uma máquina de Atwood servindo como peso em uma das pontas. Tal aparato foi projetado por Johann Christian Poggendorff para demonstrar a variação no peso aparente entre uma máquina de atwood parada e em movimento. Foi desenhada e construída uma versão moderna da balança de Poggendorff na qual a máquina de atwood é presa a uma barra rígida de alumínio, com um contrapeso na outra ponta, e o movimento da polia é travado por um fio de massa negligenciável. Quando o fio que trava o movimento da máquina de Atwood é queimado, a máquina de Atwood entra em movimento e o equilíbrio até então presente na balança se desfaz. O ângulo dependente do tempo α(t) do braço da balança com relação à horizontal é medido utilizando uma montagem de potenciômetro e Arduino e os dados são registrados com alta resolução temporal. As previsões teóricas são obtidas utilizando o formalismo Newtoniano e o formalismo Lagrangiano para a polia em duas configurações: polia "paralela" e polia "perpendicular". As equações de movimento obtidas são integradas numericamente utilizando Fortran e gerando resultados quase idênticos para os três modelos. Foi visto que os cálculos concordam qualitativamente com o experimento; no entanto, desvios quantitativos dos resultados foram observados e podem ser atribuídos à falta de sincronia entre a queima do fio e o começo da coleta de dados (além dos efeitos de fricção no potenciômetro). O valor de experimentos historicamente negligenciados no ensino de física também é discutido, especificamente na ilustração da força como causa versus consequência do movimento e na comparação das abordagens Newtoniana e Lagrangiana para a resolução de problemas em mecânica.