Experimento 1: Condições de equilíbrio de um móvel sobre um plano inclinado –

utilizando o plano inclinado Kersting

INTRODUÇÃO

Segundo a Primeira Lei de Newton, um corpo em repouso permanece em

repouso a menos que sobre ele atue uma força externa, assim como um corpo em

movimento desloca-se com velocidade constante a menos que sobre ele atue uma força

externa. Para analisar as condições de equilíbrio de um dado corpo sobre um plano

inclinado, faz-se necessário que a somatória das forças atuantes neste corpo seja nula,

ou seja, sua força resultante seja igual a zero. Neste experimento verificaremos as

condições de equilíbrio de um móvel sobre um plano inclinado bem como efeitos das

forças atuantes envolvidas no sistema.

Materiais Utilizados

1) Um Plano inclinado com ajuste angular regulável, escala de O a 45 graus, com

divisão de um grau. Indicador da inclinação: sistema de elevação continua por

fuso milimétrico; sapatas niveladoras amortecedoras: rampa principal metálica

com trilhos secundários paralelos tipo bordas finas, ranhura central, esperas

laterais, escala na lateral do trilho secundário;

2) Duas massas acopláveis de 50 gramas cada;

3) Um carrinho com conexão flexível para dinamômetro, conjunto móvel indicador

da orientação força peso com haste normal e espera de carga adicional.

4) Um dinamômetro de 2 N

DESENVOLVIMENTO

Para determinar o peso do carro com as massas acopladas, utilizamos o

dinamômetro onde obtivemos o peso igual a P=1,80 N. Após, prendemos o

dinamômetro no parafuso de forma que ficou paralelo com o plano. Giramos o sistema

tracionador para elevar o plano a um ângulo de 15º, o que nos deu uma tensão T=0,40N,

que possui o mesmo módulo da componente Px do peso, porém com sentido contrário.

O diagrama das forças atuantes sobre o móvel está representado conforme a

figura abaixo:

Conforme o diagrama do corpo livre, podemos identificar as forças atuantes

sobre o móvel, que são:

Peso = 1,80 N

Tensão = Px (em condições ideais) = 0,40N

Py = N = P.cos15° = 1,73N

Por não estarmos em condições ideais, houve uma margem de erro representada

pela diferença entre a Tensão fornecida peno dinamômetro e a componente Px

encontrada.

Px = P.sen15° = 0,46N

T = 0,40N

Margem de erro = Px – T = 0,06N = 13%

CONCLUSÃO

Nesta experiência foi possível reconhecer os efeitos das forças atuantes em um

móvel: tensão, peso, etc. O peso pôde ser decomposto nas componentes Px e Py, que

são diretamente dependentes do ângulo de inclinação do plano. Podemos verificar que

nem sempre a força peso e a normal são iguais, podendo ser variável de acordo com o

plano referencial.

Experimento 2: Confirmação da primeira lei do movimento de Newton e noções sobre as forças de atrito.

INTRODUÇÃO

Força de atrito estático é quando não há movimento relativo entre as superfícies

de contato de dois corpos, a força de atrito, desde que exista, é chamada força de atrito

estático, ou o atrito de rolamento de uma superfície sobre a outra. Para que exista a

força de atrito, é necessário existir o contato entre duas superfícies, como por exemplo,

o pneu de um automóvel e o asfalto. O pneu é aderente e o asfalto é áspero, e essa

combinação gera uma força de atrito que fará o automóvel se movimentar sem derrapar

pela pista.

É importante também assinalar que a força de atrito depende da força de

compressão que o objeto faz com a superfície de apoio. Não é difícil entender que

quanto mais o objeto pressionar essa superfície, maior será à força de atrito. Essa força

de compressão é representada pela força normal.

Para desenvolver o experimento foram utilizados os seguintes materiais:

1) Uma Mesa

2) Bloco de Madeira

3) Dinamômetro

4) Massas Aferidas

DESENVOLVIMENTO

Na superfície da mesa horizontalmente, posicionou-se o bloco de madeira com a

esponja em contato com a mesa e aplicou-se uma força de 0,2N, obloco permaneceu no

mesmo lugar, ou seja, não se moveu. Puxando o dinamômetro, verificou-se que a força

a ser aplicada para movimentar o bloco seria de 0,5N. Agora agindo da mesma forma

como anteriormente, porém agora se aplicou uma força de 0,2N na qual o bloco como

de inicialmente não se deslocou. Aumentando a força aplicada para 0,3N, observou-se

que o bloco de madeira se moveu. Observou-se que há uma diferença entre as forças e

para mover o bloco é necessário que o coeficiente de atrito estático entre a mesa e a

madeira deve ser menor que o coeficiente de atrito estático da mesa e da esponja.Os

valores que encontradosde 0,5N e 0,3N são referente às forças necessárias para eliminar

a força de atrito que há entre o bloco e a mesa.

Para calcularmos a força, ou aceleração de um corpo, consideramos que as

superfícies por onde o bloco se deslocava, não exercia nenhuma força contra o

movimento, ou seja, quando aplicada uma força, este se deslocaria sem parar.Mas

sabemos que este é um caso idealizado. Por mais lisa que uma superfície seja, ela nunca

será totalmente livre doatrito,sempre que aplicarmos uma força a um corpo, sobre uma

superfície, este acabará parando.

A força de atrito é calculada pela seguinte equação:

CONCLUSÃO

Quando empurramos ou puxamos um determinado objeto tentando movê-lo,

percebemos que existe certa dificuldade para colocá-lo em movimento. Essa dificuldade

deve-se à força de atrito, que é uma força que se opõe ao movimento de objetos que

estão sob a ação de uma força. Ela age paralelamente à superfície de contato e em

sentido contrário à força aplicada sobre um corpo. Vejamos o exemplo de um bloco

sobre uma superfície na figura abaixo:

A força de atrito deve-se à existência de atrito na superfície de contato do objeto

com o solo. Estáexistência não são observadas macroscopicamente, mas são elas que

dificultam o movimento.

Experimento 3: A força de atrito (estático e cinético) – Determinação do coeficiente

e atrito – utilizando o plano inclinado Kersting.

INTRODUÇÃO

Denominamos de força de atrito a força de contato que atua sobre a superfície de

um corpo se opondo à tendência de deslocamento em relação à superfície de um plano.

Muito presente em nosso cotidiano, sem atrito não poderíamos caminhar, escrever, não

poderíamos dirigir um carro nem fazer curvas.

Para demonstrar a força e determinar o coeficiente de atrito estático, deslizamos

um corpo sobre a superfície de um plano inclinado; o ângulo de inclinação deste plano é

então aumentado até que a força peso vença a força de atrito, fazendo com que este

corpo deslize sobre o plano.

DESENVOLVIMENTO

Ao colocarmos um corpo de massa m sobre um plano inclinado, ele ficará em

repouso enquanto a força de atrito entre o corpo e o plano for igual em módulo e de

sentido contrário à resultante das forças aplicadas no bloco, segundo a direção do plano inclinado. Na situação em que o movimento está iminente, se valida a relação:

onde e é uma constante chamada coeficiente de atrito estático entre os materiais de

que são feitos o corpo e o plano inclinado. Este coeficiente não depende da área das superfícies em contacto (nem da massa dos corpos), mas sim da natureza e acabamento dessas superfícies.

Utilizamos um corpo de prova de madeira com peso P=0,65N sobre o plano com inclinação de 15°, no qual se apresenta o diagrama de forças atuante sobre o corpo de prova.

Devido a força de atrito estático está atuando sobre o corpo, não houve deslocamento do corpo sobre o plano.

Fate = Px = P.sen15° = 0,17N

Após a alteração do ângulo de inclinação, o corpo começa a se deslocar com a inclinação média aproximadamente igual a 45°.

Conforme o diagrama de forças e os planos x e y em equilíbrio, podemos determinar que:

Mas

Portanto

Mas

Logo

Então

Eliminando P, temos

Mas

Logo

CONCLUSÃO

Podemos concluir que não é necessário saber a massa do objeto para

determinar o coeficiente de atrito estático e cinético, bastando saber o ângulo da

iminência de movimento e o ângulo em que ocorre o deslizamento. O ângulo

encontrado é aproximado, visto que a obtenção das medidas ocorre quando o objeto

começa a deslizar, isto é, um instante após o rompimento do atrito estático. Portanto, os

de atrito estático e cinético dependem, além da natureza das duas superfícies em

contato, do seu grau de polimento, da umidade, da contaminação, etc.

REFERÊNCIAS

YOUNG. Hugh D.; FREEDMAN. Roger A.; -Sears & /cmansky - física 1Mecânica", 12ª edição. Addison Wesley. 2008.

HALLIDAY, David. Fundamentos de Física, volume I, 8. ed.- Rio de Janeiro: LTC, 2008

TRIPLER, Paul A. Mecânica, Oscilações e Ondas Termodinâmicas, volume I - Rio de Janeiro: LTC, 2000.