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UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP BRUNO RODRIGUES FERREIRA CLÁUDIO DONIZETI AGUIAR PABLO FRANCISCO AMARO RANDERSON JULIANO DE A. NORONHA RYAN FERREIRA DE LIMA WELLINGTON GABRIEL DE MELO SILVA LABORATÓRIO DE TÓPICOS DE FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL PRÁTICA: EQUILÍBRIO ESTÁTICO DE UMA BARRA SÃO JOSE DO RIO PARDO 2019 BRUNO RODRIGUES FERREIRA CLÁUDIO DONIZETI AGUIAR PABLO FRANCISCO AMARO RANDERSON JULIANO DE A. NORONHA RYAN FERREIRA DE LIMA WELLINGTON GABRIEL DE MELO SILVA LABORATÓRIO DE TÓPICOS DE FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL PRÁTICA: EQUILÍBRIO ESTÁTICO DE UMA BARRA Relatório apresentado à UNIP – Campus São José do Rio Pardo referente à disciplina de TFGE - Laboratório, como parte dos requisitos para avaliação bimestral, no Curso de Engenharia Ciclo Básico. SÃO JOSE DO RIO PARDO 2019 LISTA DE FIGURAS Figura 1- Objetos em Equilíbrio Estático ..................................................................... 7 Figura 2 Calculando MB e L da Barra ....................................................................... 10 Figura 3- Calculando MB ........................................................................................... 11 Figura 4 – Calculando O L da Barra .......................................................................... 12 Figura 5 – Calculando Desvio ................................................................................... 13 LISTAS DE TABELA Tabela 1: Dados Obtidos Através do Experimento ...................................................... 9 LISTA DE GRAFICOS Grafico1: Diagrama Entre M e X ................................................................................. 9 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................ 4 2. REFERENCIAL TEÓRICO ...................................................................... 5 2. 1 Equilíbrio Estático de uma Barra ........................................................ 5 3. MATERIAS E MÉTODOS ....................................................................... 7 3.1 Equipamentos usados para a realização do experimento ................. 7 3.2 Procedimentos experimentais .......................................................... 8 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................ 8 5. CONCLUSÕES ..................................................................................... 14 6. REFERÊNCIAS ..................................................................................... 15 4 1. INTRODUÇÃO Equilíbrio estático pode ser definido como um arranjo de forças que atuam sobre determinado corpo em repouso. A resultante dessas forças tem módulo igual a zero. De acordo com a primeira Lei de Newton, quando a resultante que atuam sobre um corpo é nula, o corpo permanece em seu estado de repouso ou em movimento retilíneo uniforme. O equilíbrio estático é um conceito da física, mais específico da área da dinâmica. Ela estuda as grandezas, força, aceleração e velocidade, buscando compreender as relações de causa e efeito entre elas. Esse também será o nosso objetivo na realização do experimento, entender as grandezas e seus efeitos. 5 2. REFERENCIAL TEÓRICO 2. 1 Equilíbrio Estático de uma Barra Equilíbrio estático é um estudo da física, com maior profundidade na área da dinâmica. A dinâmica estuda todas as grandezas: Velocidade, força e aceleração, e tenta compreender a ligação que causa efeito entre elas. Portanto equilíbrio estático é o conjunto de forças que atua sobre determinado corpo que está sobre repouso de maneira que essas resultantes serão iguais a zero. Com isso, todo e qualquer corpo estará parado em relação a um ponto referencial, se as resultantes das forças aplicada sobre elas forem nulas. Para entendermos melhor vamos voltar um pouco ao tempo. Dantes de entrarmos especificamente em equilíbrio estático, é bom entendermos um pouco mais da história da física, onde começou uma tentativa de entendimento sobre todas as forças. Tudo se iniciou há muito e muitos anos atrás, quando Aristóteles, um dos maiores estudiosos e cientista de toda a história da nossa humanidade, dando início aos primeiros estudos de movimento. Aristóteles por ser muito curioso passou a fazer observações e questionamentos sobre tudo que estava ao seu redor. Em sua época apenas o senso comum que se baseava nas experiências do nosso cotidiano, as certezas a respeito do que se acontecia circulavam em torno do que se observava e acreditavam. Nessa época não havia um baseamento cientifico além de uma simples teoria. Logo não havia conhecimento da física, matemática e de várias outras ciências que temos o conhecimento hoje em dia, elas estavam dando apenas seu ponto inicial. Aristóteles não se acomodava com o vago conhecimento das coisas. Ele dizia que era necessário compreendermos o que acontecia e especialmente seus motivos e consequências. 6 Desse modo ele percebeu que, para o movimento de um corpo é preciso exercer uma força, para que ele se movimentasse. Fato contrário, continuaria estático. Cerca de 2000 anos depois, Galileu começou a estudar e observar os movimentos. Ele quem apresentou o primeiro conceito da inércia, que foi desenvolvida e transformada em leis, um pouco mais tarde por Newton. Depois, bem mais tarde, Newton, se basearia nos estudos de Galileu para criar as tão famosas 3 leis de Newton, e por causa de seu esforço e dedicação, agora no presente cientistas de todo planeta conseguem compreender a inércia e o movimento. As três leis que Newton criou são: Princípio da inércia Princípio da dinâmica Princípio da ação e reação Agora sabemos que a muito tempo atrás pesquisadores e cientistas achavam que um corpo só se colocaria em movimento caso estivesse alguma força aplicada no mesmo. Portanto, caso não haja nada que aplique uma força externa ele ficara em repouso no mesmo lugar e do mesmo modo para sempre. Contudo, para que um corpo entre em movimento é preciso velocidade, sentido, direção e intensidade, que são conhecidas na física como grandezas escalares. Porém hoje na atualidade sabemos que não é bem assim. Pois mesmo que o corpo esteja parado em nosso planeta, está tendo interação com tudo ao seu redor. Ou seja, o corpo mesmo em repouso está sofrendo alguma interação. Podemos citar a gravidade por exemplo que mantem o corpo paralisado no mesmo lugar, logo ele não estará livre de interferência externa. Concluímos então, que todo corpo, está lidando com duas forças constantes. A interna é sua massa, e a outra constante. Quando se anulam geram um ponto de equilíbrio. Portanto se manterá parada ou em equilíbrio até que a outra força seja superior ou inferior, assim desiquilibrando o corpo. 7 Deste modo, pode-se dizer que qualquer objeto que pudermos observar que esteja em repouso está em equilíbrio estático, com isso todo tipo de grandeza que atuam neste corpo são idênticas e se anulam gerando o equilíbrio. Podemos dar como exemplo a imagem a baixo com um ponto fixo no centro entre elas, uma barra horizontal de inox sobre o ponto e duas bolas metálicas em cada lado da barra, nesse exemplo podemos observar que o equilíbrio só ocorre porque as bolas metálicas se anulam entre si, pois tem o mesmo peso, assim gerando um equilíbrio estático a barra horizontal de inox como se pode observar, seguindo as leis de Newton que tiveram como base Aristóteles e Galileu. Figura 01 – Objetos em Equilíbrio EstáticoFonte: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/equilibrio-estatico-dinamico.htm 3. MATERIAS E MÉTODOS 3.1 Equipamentos usados para a realização do experimento Nível 3 bolhas; Tripé universal; Régua de ferro 50cm; https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/equilibrio-estatico-dinamico.htm 8 Arruelas; Balança analítica; Balança de precisão. 3.2 Procedimentos experimentais O experimento foi realizado utilizando as arruelas para gerar peso sobre o nível que estava suspenso sobre o tripé universal. Com a régua foi medida uma distância de 5cm da ponta do nível e foi colocado o primeiro peso com arruelas. Após isso para que o nivelamento pudesse ser encontrado, reposicionava-se o nível sobre o seu apoio para que o nivelamento da barra pudesse ser encontrado de acordo com o peso aplicado em uma de suas extremidades. O mesmo procedimento foi repetido 6 vezes com o peso aplicado em 6 locais diferentes no nível, em cada local que se repetia o experimento a quantia de arruelas que servia como peso era diferente e o posicionamento do nível sobre o seu apoio era alterado para que encontrasse o equilíbrio da barra. Ao finalizar cada etapa de cada uma das 6 vezes, era anotada a distância que o peso foi aplicado e a quantia de arruelas utilizada era removida do nível e levada até uma balança analítica para que se soubesse a quantia de peso aplicada em cada local. Finalizando o experimento, o nível foi removido do tripé universal e foi levada a uma balança de precisão para que se soubesse qual o seu peso. Com os dados do experimento em mãos, os valores obtidos foram aplicados sobre a formula a qual foi passada para que pudéssemos encontrar uma igualdade entre 2 dos 6 procedimentos. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES As figuras abaixo, mostram os cálculos que foram feitos através do experimento. 9 Construímos uma tabela onde se através do experimento se obteve os dados de M (g) e de D(cm) , onde M é o peso das arruelas obtidos e D é a distância da arruela até seu ponto de equilíbrio. Tabela 1: Dados Obtidos Através do Experimento Arruela 1 3 6 9 12 15 M (g) 4,82 14,4 29,67 43,72 59,34 73,99 D (cm) 19,6 19 18 17,5 16,8 16,2 x (1/d) 0,05102 0,052632 0,055556 0,057143 0,059524 0,061728 M Balança 295,32 L Regua 50,2 Fonte: própria Grafico1: Diagrama entre M e X 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 4 5 6 Diagrama M (g) x (1/d) Fonte: Propria Na1º Imagem usamos uma formula para poder calcular o MB (Massa de Barra) e o L da barra. Essa formula foi fatorada, para poder facilitar o cálculo. 10 Figura 2- Calculando MB e L da Barra Fonte: Própria Parte final do cálculo MB 11 Figura 3 – Calculo MB Fonte: Própria 12 Parte final do Cálculo L da Barra Figura 4 – Cálculo do L da Barra Fonte: Própria Após os cálculo do MB da barra e do L da barra, conferimos usando o Cálculo do Desvio, onde usa os dados de MB e L calculado, e o MB e o L medido através da régua e da Balança. 13 Figura 5 – Cálculo do Desvio Fonte: Própria Após essa análise tem o percentual de desvio, onde esse cálculo e uma contraprova se o cálculo feito em sala de aula está correto com o obtido. 14 5. CONCLUSÕES Com base nos estudos, chega à conclusão que, quando a força for igual a 0 terá dois tipos de Equilíbrio, o ESTÁTICO E DINÂMICO. O equilíbrio estático ocorre quando (v=0) e o dinâmico é ao contrário quando a velocidade for diferente de 0, ou seja, se a partícula se movimenta em constante ela sempre será dinâmica. Com base nisso, o equilíbrio estático ocorre quando o seu corpo tenha resultantes e velocidade igual a 0. Por exemplo, tenhamos um caixote no chão duas pessoas, começa a empurrar de lado opostos e suas força vai ser nula no final, pois o caixote estava nulo e quando começaram a empurrar de lado opostos, ainda sim o caixote ficou nulo. Portanto isso é EQUILÍBRIO ESTÁTICO. 15 6. REFERÊNCIAS Equilíbrio Estático. Disponível em: https://www.infoescola.com/fisica/equilibrio- estatico/. Acesso em 10 Maio de 2019, as 16:40. Equilíbrio Estático e Dinâmico Disponível em: <encurtador.com.br/uFHIO>.Acesso: 10 de Maio de 2019 as: 14:20. Resumo Escolar. Disponível em: encurtador.com.br/fvBO7 Acesso : 10 de Maio de 2019 as 16:15. Disponível em: https://brainly.com.br/tarefa/12204142>. Acesso em 12 de Abril. https://www.infoescola.com/fisica/equilibrio-estatico/ https://www.infoescola.com/fisica/equilibrio-estatico/