FÍSICA EXPERIMENTAL - FORÇAS E POLIAS docx

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INSTITUTO FEDERAL DA PARAÍBA
CAMPUS CAJAZEIRAS
DISCIPLINA: FÍSICA EXPERIMENTAL
TURMA: 2021.1 ANO: 2023
Relatório de Física Experimental
Título da experiência:
FORÇAS E POLIAS
Grupo:
Ewerthon Pereira de Lima
João Valmar de Sousa Neto
Maria Rayssa Oliveira de Sousa
Data de realização:
11/04/2023
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INTRODUÇÃO TEÓRICA
Para entender a mecânica clássica, é preciso compreender forças e leis, que são
conceitos fundamentais na física. O uso de polias, que são dispositivos mecânicos que
transmitem forças de forma mais eficaz e permitem que elas sejam dispersas em uma área
maior, permite a distribuição da força aplicada. Teorias de forças e partículas serão discutidas
neste relatório de física experimental, bem como a execução de experimentos práticos para
testar essas teorias.
Uma grandeza física chamada força descreve a capacidade de um corpo para mudar o
estado de movimento de outro corpo. Uma definição de força é a taxa de mudança na
quantidade de movimento de um objeto em relação ao tempo. A unidade de força de Newton
(N) é usada no Sistema Internacional de Unidades. (SI). Uma força pode ser dividida em duas
categorias primárias: Forças de contato e forças de campo.
Forças de contato são aquelas que ocorrem quando dois objetos estão fisicamente em
contato um com o outro. Estas forças são responsáveis pela deformação do objeto, abrasão,
tensão e compressão. As forças de campo são aquelas que ocorrem sem a necessidade de
contato físico entre os objetos. Essas forças incluem gravidade, força elétrica e força
magnética.
Os dispositivos mecânicos conhecidos como polias são usados para transmitir forças
de forma mais eficaz. As polias são compostas por um cabo que passa sobre a roda e uma
roda que gira em torno de um eixo. O cabo é usado para exercer força sobre um objeto que é
levantado pela polia. Uma variedade de aplicações, desde elevadores até equipamentos de
ginástica, usam polias.
O principal benefício do uso de polias é que eles permitem que a aplicação da força
seja dispersa em uma área maior, reduzindo a pressão sobre os objetos envolvidos e reduzindo
o atrito. Além disso, polias podem ser combinadas para criar sistemas de polias, que são
usados para aumentar a força que pode ser aplicada a um objeto.
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MATERIAIS UTILIZADOS
● Painel metálico multifuncional
● Dinamômetro tubular de 2 N com fixação magnética
● Dinamômetro tubular de 5 N
● 8 massas cilíndrica acoplável de 50 g (±0,5 g)
● Gancho de 133 mm
● 3 parafusos de retenção M3
● 2 hastes de 500 mm com fixador M5
● 2 hastes de 300 mm com fixador M5
● Tripé universal delta max
● 4 manípulos macho M5
● Fio flexível de 0,35 m com anéis
● Fio flexível de 0,44 m com anéis
● Fio flexível de 0,8 m com anéis
● Polia simples com afastador e eixo para painel
● 3 polias móveis com ganchos
● Régua 355 – 0,355 mm de adesão magnética
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Começamos realizando a medição do peso do conjunto formado por 2 polias móveis,
um gancho de 133 mm e 4 massas acopláveis, utilizando um dinamômetro tubular de 5 N.
Antes de iniciar o experimento, foi necessário montar o conjunto de acordo com as instruções
apresentadas na figura de montagem.
Para iniciar o experimento de medição, precisamos puxar lentamente o dinamômetro
tubular de 2 N, que possui fixação magnética, para baixo, a fim de esticar o fio flexível.
Durante esse processo, foi possível observar uma marcação no dinamômetro, que foi anotada
como a marcação inicial (FM) do experimento.
Em seguida, repetimos o procedimento utilizando agora 3 polias e 8 massas cilíndricas
acopláveis. Vale salientar que, antes de iniciarmos cada medição, foi necessário posicionar
corretamente as polias e as massas, para garantir a precisão dos resultados.
O uso do dinamômetro tubular de 5 N permite que o peso do conjunto seja medido
com alta precisão, o que é essencial para a realização de experimentos científicos confiáveis.
Ao utilizar diferentes números de polias e massas, é possível testar a relação entre a força
aplicada e a carga movida, o que pode ser útil em diversas aplicações, desde o estudo da física
até a engenharia mecânica e engenharia civil.
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DADOS EXPERIMENTAIS
Fm (N) Fr (N)
2 polias 2,25 0,5
3 polias 4,3 0,48
A tabela apresenta os resultados obtidos durante o experimento com polias móveis.
Foram realizadas medições do peso de dois conjuntos distintos de polias, um com 4 polias
móveis e outro com 8 polias móveis, utilizando um dinamômetro tubular de 5 N. Foram
medidas as forças necessárias para levantar os conjuntos, resultando em valores de Fm (força
medida pelo dinamômetro) e Fr (peso real do conjunto). Para o conjunto com 2 polias móveis,
a força medida foi de 2,25 N e o peso real foi de 0,5 N. Já para o conjunto com 3 polias
móveis, a força medida foi de 4,3 N e o peso real foi de 0,48 N. Esses valores foram utilizados
para calcular a vantagem mecânica experimental de cada conjunto de polias. Essa tabela é
importante para a análise dos resultados obtidos no experimento, pois permite a comparação
dos valores obtidos para diferentes conjuntos de polias móveis. Além disso, ela serve como
referência para futuros estudos e experimentos envolvendo polias móveis e vantagem
mecânica.
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QUESTÕES - RESULTADOS E DISCUSSÕES
1. Faça o diagrama de forças para duas e três polias móveis. Calcule a vantagem
mecânica nas duas situações.
Figura 1 - Diagrama de Forças Experimentalmente - Experimento 1
Fonte: Acervo Pessoal
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Figura 2 - Diagrama de Forças Teoricamente - Experimento 1
Fonte: Acervo Pessoal
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Figura 3 - Diagrama de Forças Experimentalmente - Experimento 2
Fonte: Acervo Pessoal
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Figura 4 - Diagrama de Forças Teoricamente - Experimento 2
Fonte: Acervo Pessoal
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Vantagem mecânica se dar por:
𝑉𝑚 = 𝐹𝑟𝐹𝑚
No experimento 1 para 4 polias:
Com Fm = 4,30 N e Fr = 0,48 N, temos que:
𝑉𝑚 = 0,484,30
𝑉𝑚 = 0. 1116 
No experimento 2 para 3 polias:
Com Fm = 2,25 N e Fr = 0,50 N, temos que:
𝑉𝑚 = 0,502,25
𝑉𝑚 = 0. 222 
2. Calcule teoricamente a vantagem mecânica de um sistema de polias móveis.
Vantagem mecânica no experimento 1 para 3 polias:
𝐹 = 𝑃
2 𝑛
Com P = 4,30 N e n = 3, temos que:
𝐹 = 4,30
2 3
𝐹 = 0, 54 𝑁 
Vantagem mecânica no experimento 2 para 2 polias:
𝐹 = 𝑃
2 𝑛
Com P = 2,25 N e n = 2, temos que:
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𝐹 = 2,25
2 2
𝐹 = 0, 56 𝑁 
3. Compare os resultados da questão com o da questão 3 para duas e três polias
móveis e calcule o erro percentual.
Experimento 1 para 3 polias:
Erro percentual = |Vm - F|/F x 100%
Erro percentual = |0.1116 - 0.54|/0.54 x 100%
Erro percentual = 79,33 %
O erro percentual é alto, o que indica que houve uma grande diferença entre o
valor experimental (Vm) e o valor teórico (F) da vantagem mecânica. Isso pode ser
devido a vários fatores, como a fricção nas polias, o peso do fio e das massas, além de
imprecisões nas medições.
Experimento 2 para 2 polias:
Erro percentual = |Vm - F|/F x 100%
Erro percentual = |0.222 - 0.56|/0.56 x 100%
Erro percentual = 60,35%
O erro percentual também é alto, mas não tanto quanto no experimento 1. Isso
pode ser devido a uma maior precisão nas medições ou a uma menor influência de
fatores externos que afetam a vantagem mecânica em sistemas com menos polias.
4. Discuta e justifique os erros da questão 3.
Um dos principais erros pode estar relacionado à precisão dos instrumentos de
medição utilizados. Embora o dinamômetro tubular seja um instrumento de medição
bastante preciso, pode haver uma pequena variação nas medições, o que pode ter
causado um erro de medida. Além disso, pode haver um erro sistemático na montagem
do sistema, o que pode afetar a vantagem mecânica teórica calculada. A fricção entre
os pólos, o peso das cordas e as massas adicionais podem ter influenciado o valor
teórico da vantagem mecânica, causando uma diferença do valor experimental. Outro
fator que pode ter influenciado os resultados é a montagem do próprio experimento,
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especialmente quandose trata de um sistema de polias. A tensão da corda, a posição
do gancho e a disposição das massas podem afetar a medição e, consequentemente, a
vantagem mecânica obtida.
5. Descreva em detalhes (com diagrama de forças e cálculos), pelo menos duas,
aplicações de sistema de polias em engenharia.
Os sistemas de polias são amplamente utilizados na engenharia para reduzir a
força necessária para realizar uma determinada tarefa ou aumentar a distância
percorrida por uma força aplicada. Algumas das aplicações mais comuns em
engenharia são:
Guindastes:
Os guindastes são usados em muitas aplicações, desde a construção até a
indústria de petróleo e gás, para levantar e mover cargas pesadas. Eles são
basicamente sistemas de polias, onde a carga a ser levantada é fixada no gancho e
passa por uma série de polias fixas e móveis para reduzir a força necessária para
levantar a carga. A força necessária para levantar a carga é reduzida
proporcionalmente ao número de polias móveis usadas no sistema.
Elevadores:
Os sistemas de polias também são usados em elevadores para reduzir a força
necessária para levantar e abaixar o elevador. No caso dos elevadores de edifícios,
uma série de polias fixas e móveis é usada para aumentar a distância percorrida pela
força aplicada pelo motor elétrico. A vantagem mecânica é calculada pela relação
entre o peso do elevador e a força aplicada pelo motor elétrico.