Você sabe como funciona o Fidget Spinner?
O Fidget Spinner tornou-se bastante popular, e devido ao grande interesse das pessoas pelo o brinquedo, principalmente pelas crianças e jovens.
Explorar o fidget spinner pode ser uma maneira envolvente de apresentar conceitos fundamentais da Física, como velocidade linear e angular.
Fidget Spinner
Ao abordar o movimento rotacional do fidget spinner de forma matemática, podemos desvendar os fascinantes conceitos por trás desse fenômeno. A atratividade do spinner se torna, assim, uma ferramenta cativante para a compreensão desses princípios físicos intrigantes.
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A diversão proporcionada pelo spinner ocorre devido ao baixo atrito entre suas partes. Os lóbulos, por exemplo, têm a capacidade de girar rapidamente, exigindo um movimento constante dos dedos para manter o giro por um período prolongado. Essa dinâmica de baixo atrito e movimento contínuo dos dedos contribui para a experiência envolvente oferecida pelo spinner.
Os spinners costumam ter a forma de um triângulo equilátero, mas essa geometria não é a única encontrada nessa categoria, já que há uma variedade de outros modelos disponíveis.
Spinners com formatos diferentes incluem o Batman, Rudder, Duo e 6-Balls, entre outros. Vale ressaltar que esses são apenas alguns exemplos, pois há uma diversidade de modelos conhecidos.
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Quando analisamos como o Fidget spinner opera, é possível destacar vários aspectos, como a velocidade e a duração do giro.
Ao estendermos as linhas do ponto central até o vértice, notamos que a distância é constante, representada por 
, devido à configuração equilátera do brinquedo.
A força que aplicamos na extremidade do Fidget spinner é aproximadamente perpendicular ao vetor , criando um ângulo entre os dois vetores, chamado de 
, conforme ilustrado na figura:
Forças atuantes no Fidget Spinner
Ao considerarmos o conceito de torque, conseguimos elucidar a intensidade do giro. A velocidade do giro está diretamente relacionada ao ângulo formado entre a força e o vetor .
Quanto mais perpendicular for a aplicação da força em relação a , mais eficaz será o movimento rotacional. Essa relação é claramente descrita pela equação abaixo:
(1) 
Chamamos de torque o resultado do produto vetorial entre a força aplicada e o vetor de deslocamento. É fundamental destacar que o produto vetorial pode ser representado da seguinte forma:
(2) 
A magnitude do vetor de torque está relacionada ao seno do ângulo formado entre os vetores. Dessa forma, fica evidente que a magnitude atingirá seu valor máximo quando o seno do ângulo for igual a 1.
Isso significa que a força aplicada deve ser perpendicular ao vetor para alcançar a máxima eficácia no torque.
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Mesmo sendo um conceito intuitivo, é interessante notar que a velocidade de rotação do Fidget spinner aumenta à medida que o torque aumenta.
Essa relação proporciona uma abordagem cativante ao explorar os conceitos físicos associados, tornando-o um tópico atraente para ser discutido de maneira mais informal.
Como o Fidget Spinner consegue girar por tanto tempo?
Depois de apresentar as informações relacionadas ao brinquedo, uma questão comum que pode surgir é: como ele consegue girar tão rapidamente e por tanto tempo?
Para elucidar esses fenômenos, podemos identificar dois efeitos principais. O primeiro deles é o baixo atrito. O atrito, uma propriedade intrínseca aos objetos, se manifesta quando duas ou mais superfícies entram em contato, gerando uma força que busca dissipar a energia cinética vinculada ao sistema.
A maioria dos spinners possui rolamentos na parte central, que é a parte que seguramos durante a rotação. Essas esferas de rolamentos desempenham um papel crucial ao minimizar o atrito.
O atrito relacionado ao movimento de rolamento costuma ser inferior ao atrito deslizante. Dessa forma, dado que os spinners operam com movimento de rolamento, a força de atrito entre os componentes do dispositivo é mantida em um nível reduzido.
Essa característica possibilita que a energia dissipada, resultante do atrito e convertida em calor, seja mínima. Portanto, o dispositivo consegue preservar sua energia cinética, permitindo a manutenção do movimento rotacional por um extenso período de tempo.
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Outro fator que influencia o tempo de rotação é o momento de inércia elevado. O momento de inércia é uma grandeza física relacionada à resistência à rotação.
Da mesma forma que um objeto massivo tende a manter sua velocidade linear (conforme a primeira lei de Newton), há uma resistência à alteração no movimento rotacional. Essa resistência à mudança na velocidade angular é o que chamamos de momento de inércia do corpo em questão.
Num Fidget spinner, a massa está concentrada nas extremidades. Logo, se as extremidades forem mais pesadas e estiverem mais distantes do eixo, o momento de inércia será maior. Isso implica que o spinner levará mais tempo para parar, já que um momento de inércia maior significa uma maior resistência à alteração na sua velocidade angular.
Outro ponto intrigante que podemos destacar é o equilíbrio estático facilitado quando o spinner está em rotação. Ao colocarmos o spinner girando no dedo, observamos que ele se fixa de maneira mais eficaz do que quando está em repouso. Esse fenômeno está relacionado à presença do princípio físico conhecido como momento angular, cuja definição é a seguinte:
(3) 
Ao girar rapidamente um Fidget spinner e incliná-lo, podemos notar a sensação de uma força que parece resistir à inclinação do dispositivo. Esse efeito é atribuído ao giroscópio.
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Um objeto em rotação tende a manter seu eixo de rotação apontado em uma direção constante. Quanto mais rápida for a rotação do objeto, maior será a estabilidade do sistema, tornando mais difícil a inclinação.
O efeito giroscópico está relacionado à conservação do momento angular, uma grandeza física. É esse fenômeno que torna mais simples manter o equilíbrio em uma bicicleta em movimento em comparação com uma bicicleta parada.
Referências: fidget spinner: torque e momento angular