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Equilíbrio e Rotação Paulo Biazi Centro Universitário Uninter Polo Uninter Chapecó-Rua Guaporé. – CEP 89801-100 – Chapecó– Santa Catarina - Brasil E-mail:biazipaulo@gmail.com Resumo: O trabalho atual inclui experimentos físicos que estão diretamente relacionados à estática e ao equilíbrio de um sistema. Um sistema de balança de pratos foi usado para demonstrar os efeitos físicos da estática e para ilustrar as forças e torques envolvidos no equilíbrio e rotação do sistema. Palavras-chaves:Torque;Rotação;Equilíbrio INTRODUÇÃO O estudo está focado em entender como os corpos se comportam em estado de equilíbrio, sendo este fenômeno ligado ao equilíbrio e rotação dos sistemas utilizados no experimento. Os mais diversos campos da física e da engenharia são todos aplicados na pesquisa estática. O estudo de como corpos e forças se comportam, bem como as conclusões sobre o equilíbrio de forças, são frequentemente utilizados no setor civil, incluindo manufatura entre outros. Assim, o objetivo deste experimento é observar o equilíbrio do sistema enquanto ele está em estado de equilíbrio e analisar as forças físicas que reagem a ele. Assim, os experimentos e análises são divididos em três partes. -Teoria sobre equilíbrio estático; -Experimento no laboratório virtual; -Experimento prático; Os dados serão coletados durante a execução dos experimentos, analisados posteriormente, na conclusão será descrito os fenômenos físicos identificados nos experimentos. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Equilíbrio e rotação Duas condições de equilíbrio resultantes da Primeira Lei do Movimento de Newton são necessárias para que um corpo rígido esteja em equilíbrio: equilíbrio rotacional e equilíbrio translacional. 1º Condição- Equilíbrio de translação: Quando um corpo está em equilíbrio de translação (repouso ou movimento uniforme), as forças que atuam sobre o corpo não têm efeito. R= 0 OU Σ Fx=0 e Σ Fy=0 2º Condição- Equilíbrio de rotação: Quando um corpo está em equilíbrio de rotação (em repouso ou rotação uniforme), a consequência dos momentos ou torques das forças aplicadas é zero. Σ M= 0 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Parte 1 – Analise Teórica 1) Descreva e explique quais são as condições que possibilitam um corpo estar em equilíbrio? Resposta: É necessário que a soma das forças e a soma dos torques que atuam em um determinado sistema seja zero para que um corpo esteja em equilíbrio 2) Explique os princípios físicos envolvidos nos estudos sobre Equilíbrio Estático que descrevem o funcionamento de uma balança de pratos. Resposta: No caso estudado, a balança de pratos é um corpo rígido formado por uma escora vertical, um eixo horizontal fixado a uma base, e posicionado no meio da escora vertical. A escora horizontal é livre para girar se for aplicada uma força ou torque que faça com que a escora horizontal se desvie de seu equilíbrio, pois o eixo fixo e as escoras estão conectadas por um vulcro giratório. Para que a balança permaneça em equilíbrio após a adição de dois corpos, com um corpo na extremidade da casa da escora horizontal, é essencial que a força e o torque sejam zero. P1.d1= P2.d2 Estando a barra em equilíbrio, a soma algébrica dos momentos é zero (2º condição de equilíbrio) Sabemos que as forças são inversamente correlacionadas ao tamanho do braço de cada alavanca; ou seja, quanto maior a escora da alavanca, menos força é aplicada, e vice-versa. Calculando a força de reação do suporte ao aplicar a primeira condição de equilíbrio 3) Uma balança tem braços desiguais. Ela é equilibrada com um bloco de 1,50 kg no prato da esquerda e um bloco de 1,95 kg no braço da direita (conforme a figura). Se o bloco de 1,95 kg está posicionado a uma distância L2 de 10 cm do eixo de rotação da balança, qual é a distância L1 que do bloco de 1,50 kg em relação ao eixo de rotação para que o sistema permaneça em equilíbrio? F1 L1- F2 L2= 0 F1 L1= F2 L2 F1/F2= L2/ L1 ΣFy= R- F1 – F2=0 R=F1 +F2 Resposta= A distancia entre o bloco de 1,5 kg e o eixo de rotação é de 13 cm. Parte 2- Laboratório Virtual Experimento 1= Distâncias entre o centro do corpo e o pivô da balança e entre o peso da oposição e o pivô. Experimento 2= Distâncias entre o centro do corpo e o pivô da balança e entre o peso da oposição e o pivô. Resolução M=F.d M1= M2 F1.L1=F2.L2 1,5.L1=1,95.10 L1=19,5/1,5 L1=13 CM Parte 3 – Experimento Prático. 1º Experimento pratico. Materiais: • Régua rígida • Moedas de 5 centavos, 10 centavos, 25 centavos e de 50 centavos • Massa de modelar • Lápis 2º Experimento pratico. Analises e Resultados A observação dos experimentos em laboratórios reais e virtuais permitiu a geração de dados físicos- matemáticos que explicam o comportamento de um sistema de equilíbrio (estático). Abaixo as tabelas resultantes dos dois experimentos: Tabela 1:Dados extraídos do experimento prático. Mmoeda (Kg) Dmoeda (M) Pmoeda (N) Mbloco (kg) Dbloco (M) Pbloco (N) 0,005 0,061 0,0490 0,00534 0,067 0,524 0,008 6.10^-2 0,078 0,003 14.10^-2 0,03 0,008 14.10^-2 0,078 0,012 9.10^-2 0,12 Tabela 2: Dados extraídos do experimento com a balança de prato. Mcontrapeso (Kg) Dcontraopeso (M) Pcontrapeso (N) Mmassa (KG) Dmassa (M) Pmassa (N) 0,5 7,9. 10^-2 4,9 0,271 14,5.10^-2 2,66 0,5 10.2.10^-2 4,9 0,350 14,5.10^-2 3,44 0,5 8,7.10^-2 4,9 0,299 14,5.10^-2 2,94 Os seguintes cálculos matemáticos foram usados para extrair os dados. Cálculo da força P, que atua sobre o contra peso Pcontrapeso=Mcontrapeso.g Cálculo da massa do corpo Pcorpo= Mcorpo.g Cálculo da força P, que atua sobre o corpo. Pcontrapeso=Pcontrapeso.dcontrapeso Convensão de massas de grama para quilograma 1 Kg= 1.000g, logo 1g=0,001kg CONCLUSÃO Podemos inferir dos dados acima que um sistema em equilíbrio é constituído pela condição resultante das forças e a soma dos momentos dessas forças, que será zero. Podemos ver que à medida que a massa do corpo aumenta a distância do centro de rotação também deve aumentar para manter o equilíbrio. O trabalho contribuiu para uma aprendizagem significativa do conteúdo de Física Mecânica, dando ênfase em conteúdos de grande relevância para construção do conhecimento. REFERÊNCIAS SILVA, H. M. OTTO. Mecânica Básica. Ed. 1º. Editora Intersaberes, 2016. YOUNG, D. HUGH; FREEDMAN, A. ROGER. Física 1. ED. 14º . Editora
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