Relatório prática fisica experimental I Balança de prato Fisica experimental I faculdade Única

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FACULDADE ÚNICA DE IPATINGA 
 
 
 
Mateus Soares de Oliveira 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ipatinga, 2023 
Mateus Soares de Oliveira 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório técnico apresentado como requisito 
parcial para obtenção de aprovação na 
disciplina Física Experimental I, no curso de 
Segunda Graduação: Física Para Licenciados, 
na Faculdade Única de Ipatinga. 
 
Prof. Dr. WAGNER DE CASTRO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ipatinga, 2023 
RESUMO 
A estática é um ramo da física que estuda os corpos quando estão em equilíbrio em relação 
as forças aplicadas. Este equilíbrio ocorre quando as somatórias das forças são nulas, 
fazendo com que o objeto permaneça em repouso ou apresente velocidade constante. Isto 
posto, o objetivo deste trabalho é explorar o conceito de equilíbrio de corpos rígidos por 
meio da descrição de funcionamento de uma balança de pratos. Para alcançar este objetivo 
foi utilizado como recurso o VirtuaLab, um simulador de estática para validar o equilíbrio 
de corpos rígidos. Como resultado verificou-se que a equação de momento de uma força 
é útil para encontrar os valores necessários para o equilíbrio na balança de pratos. 
Concluiu-se, portanto, que a balança de prato é uma máquina cujo funcionamento tem 
por princípio o equilíbrio do momento de uma força. 
 
Palavras-chave: balança de prato; momento de uma força; estática. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 4 
2 DESENVOLVIMENTO ............................................................................................... 5 
2.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 5 
 2.1.1 Objetivos específicos .................................................................................... 5 
2.2 METODOLOGIA ................................................................................................ 5 
2.3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS ........................................................... 5 
2.4 RESULTADOS .................................................................................................... 8 
3 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES .................................................................. 9 
 REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
A estática como ramo de investigação científica, é milenar, sendo muito de suas 
leis conhecidas pelos gregos clássicos. Arquimedes (287-212 a.C.), de Siracusa, talvez o 
mais famoso deles, foi um notável matemático e físico, conhecedor profundo dos 
princípios que regem as alavancas e as roldanas. São os conhecimentos derivados dessa 
parte da mecânica que nos possibilitam construir máquinas simples e certas ferramentas 
que facilitam a execução de trabalho com menos esforço, tais como alavancas, roldanas, 
alicates, tesouras, abridores de garrafa etc. (RIBEIRO, 2015). 
O termo “equilíbrio de forças” sugere, no mínimo, que o corpo a ser estudado 
está submetido a uma variedade de forças, sendo aplicadas em diversas direções. 
Conforme a Segunda Lei de Newton, quando todas as forças se anulam o corpo se 
encontra em equilíbrio e a força resultante é nula. Neste contexto existem dois tipos de 
equilíbrio: o equilíbrio estático quando o corpo se encontra parado e o equilíbrio dinâmico 
quando o corpo apresenta velocidade constante (HELERBROCK, [s.d.]). 
As forças vetoriais aplicadas podem ser projetadas nos eixos de translação (x e 
y) e o momento das forças se projetam no sentido de rotação do objeto. As condições de 
equilíbrio são descritas pelas seguintes equações (RIBEIRO, 2015). 
 
∑𝐹𝑥⃗⃗ ⃗ = 𝐹1𝑥⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + 𝐹2𝑥⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + ⋯ = 0 
∑𝐹𝑦⃗⃗ ⃗ = 𝐹1𝑦⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ + 𝐹2𝑦⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ + ⋯ = 0 
∑�⃗⃗� = 𝑀1⃗⃗⃗⃗ ⃗ + 𝑀2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ + ⋯ = 0 
 
As equações dos eixos x e y garantem o equilíbrio de translação e a equação do 
momento da força garante o equilíbrio de rotação, impedindo que o corpo gire. 
Momento de uma força é descrito como a capacidade de fazer um corpo 
rotacionar em torno de um eixo, e por envolver a aplicação de uma força trata-se de uma 
grandeza vetorial. Sendo uma grandeza vetorial o momento de uma força tem módulo, 
direção e sentido. Quanto ao sentido, ele pode ser positivo quando o objeto é girado em 
sentido anti-horário e positivo quanto girado em sentido horário. O módulo do momento 
de uma força se obtém mediante o produto vetorial da força e da distância de aplicação 
4 
em relação ao ponto de rotação e sua unidade de medida é Newton-metro (N.m) (LIMA, 
2023). 
�⃗⃗� = 𝐹 . 𝑑 
 
A balança de pratos é um exemplo do cotidiano em que se pode observar a 
aplicação do conceito de momento de uma força. Essa máquina simples contém uma haste 
onde é posicionado um contrapeso em um lado e um prato em outra extremidade. Seu 
funcionamento consiste em equilibrar por meio de do deslocamento do contrapeso o 
objeto colocado no prato. A posição do contrapeso e a massa do objeto podem ser 
calculadas mediante a seguinte equação (COSTA, 2010). 
 
∑�⃗⃗� = ∑�⃗⃗� 
 
2 DESENVOLVIMENTO 
 
2.1 OBJETIVO GERAL 
 
Explorar o conceito de equilíbrio de corpos rígidos utilizando um contrapeso 
para equilibrar uma balança de prato. Para tanto será utilizado o simulador de balança de 
pratos – VirtuaLab disponível no portal da Faculdade Única de Ipatinga. 
 
2.1.1 Objetivos específicos 
 
• Descrever o funcionamento de uma balança de pratos; 
• Utilizar a equação do equilíbrio de momento para validar o equilíbrio de um corpo 
rígido. 
 
2.2 METODOLOGIA 
 
O presente trabalho utilizou uma abordagem quantitativa, privilegiando as 
explicações com dados numéricos (AMÉLIA, 2014). 
 
2.3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
5 
Para explorar os conceitos de equilíbrio de momento e de funcionamento da 
balança de prato dividiu-se estre trabalho em oito etapas. 
1. Acessar o simulador VirtuaLab disponível na plataforma EAD da FUNIP – 
Faculdade Única de Ipatinga. 
2. Inserir os corpos de prova na balança, iniciando pelo maior e finalizando pelo 
menor. 
3. Obter o peso do contrapeso e da distância do prato ao pivô central. 
4. Ajustar o equilíbrio da balança. 
5. Anotar as medidas verificadas. 
6. Retirar o peso do prato da balança. 
7. Avaliar os resultados. 
8. Repetir os experimentos. 
Após organizar os procedimentos experimentais acessou-se a plataforma de 
simulação VirtuaLab disponibilizado pela Faculdade Única de Ipatinga. 
Em seguida inseriu-se o maior corpo de prova no prato da balança e verificou-
se o peso do contrapeso. No próximo passo ajustou-se o equilíbrio da balança anotando-
se todas as medidas. Retirou-se o maior peso da balança e verificou-se a massa do corpo 
de prova por meio da equação 𝑀1⃗⃗⃗⃗ ⃗ = 𝑀2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗ ⟶ 𝑚1. 𝑔. 𝑑1 = 𝑚2. 𝑔. 𝑑2. No simulador 
VirtuaLab estão disponibilizados quatro corpos de prova, por isso o experimento foi 
realizado quatro vezes, com o intuito de verificar a massa de cada um. Nas Figuras 1,2,3 
e 4 pode-se observar as medidas obtidas de cada experimento. 
 Figura 1: Laboratório de simulação de balança de pratos da FUNIP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Elaborado pelo autor (2023). 
6 
 Figura 2: Laboratório de simulação de balança de pratos da FUNIP.Fonte: Elaborado pelo autor (2023). 
 
 Figura 3: Laboratório de simulação de balança de pratos da FUNIP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Elaborado pelo autor (2023). 
 
 
7 
 Figura 4: Laboratório de simulação de balança de pratos da FUNIP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Elaborado pelo autor (2023). 
 
2.4 RESULTADOS 
 
Após os procedimentos experimentais realizou-se os cálculos das massas dos 
corpos de prova utilizando-se a fórmula do momento de uma força 𝑀1⃗⃗⃗⃗ ⃗ = 𝑀2⃗⃗ ⃗⃗ ⃗. Os 
resultados estão expostos na Tabela 1. 
Tabela: Cálculos das massas dos corpos de provas 
Fonte: Elaborado pelo autor (2023). 
Através do simulador VirtuaLab pode-se executar as experiências de equilíbrio 
estático de momento. Ajustando-se as distâncias do contrapeso conseguiu-se atingiu o 
equilíbrio para todos os corpos de prova. A balança de pratos funciona por meio do ajuste 
da distância do contrapeso, uma vez que o prato da balança onde o corpo de prova é 
colocado é fixo. O equilíbrio é atingido quando os produtos vetoriais dos momentos de 
ambos os lados são iguais e a haste da balança fica no mesmo nível. 
Corpo 
de 
prova 
Distância do 
prato ao eixo 
central (cm) 
Distância do 
contrapeso ao 
eixo central 
(cm) 
Massa do prato 
da balança 
(gramas) 
Massa do 
contrapeso 
(gramas) 
Massa do 
corpo de prova 
(gramas) 
1 14,5 10,2 200 500 151,72 
2 14,5 8,6 200 500 96,55 
3 14,5 7,8 200 500 68,96 
4 14,5 7,3 200 500 51,72 
8 
Todas as massas dos corpos de provas foram identificadas. Verificou-se que para 
o maior corpo (151,72 g) a distância do contrapeso ao eixo central foi de (10,2 cm) e para 
o menor corpo (51,72 g) a distância do contrapeso foi de (7,3). Com estes dados, pode-se 
afirmar que quanto maior a massa do corpo de prova, maior será a distância do contrapeso 
ao eixo central. Isso está de acordo com a equação do momento de uma força M⃗⃗⃗ = F⃗ . d, 
pois variando-se a distância a distância do contrapeso, ajusta-se o equilíbrio estático do 
momento. 
 
3 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 
 
O simulador de balança de prato VirtuaLab é eficiente para os experimentos de 
cálculo do momento de uma força, sendo muito útil ao ensino EAD. Por meio da balança 
de pratos pode-se verificar as massas de objetos desconhecidos, o que é de grande 
utilidade caso não se disponha de outras balanças equipadas com dispositivos mais 
avançados. 
A equação para o cálculo do momento de uma força M⃗⃗⃗ = F⃗ . d, foi essencial para 
a obtenção das massas desconhecidas dos corpos de prova. Por meio dela calculou-se 
também o momento da força do conjunto prato e corpo de prova, de onde pode-se então 
realizar o cálculo da massa do objeto desconhecido. 
As recomendações para este tipo de experimento é que seja realizado várias 
vezes, até o completo domínio da técnica, das operações matemáticas e da compreensão 
teórica do momento de uma força. 
 
REFERÊNCIAS 
 
AUGUSTO, A. Metodologias quantitativas/metodologias qualitativas: mais do que uma questão 
de preferência. In: Forum Sociológico. Série II. CESNOVA, 2014. p. 73-77. Disponível em: 
https://journals.openedition.org/sociologico/1073. Acesso em 03 de abr. 2023. 
 
COSTA, E. V. Um estudo de álgebra elementar com balança de dois pratos. Psicologia: 
Reflexão e Crítica, v. 23, p. 456-465, 2010. Disponível em: 
https://www.scielo.br/j/prc/a/hnPtBmH5tVPTPsJgVdX6wHf/abstract/?lang=pt. Acesso em 03 de 
abr. 2023. 
 
HELERBROCK, R. "Equilíbrio estático". Brasil Escola, [s.d]. Disponível em: 
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/equilibrio-estatico.htm. Acesso em 05 de abr. de 
2023. 
LIMA, M. N. Compreensão do conceito de momento de uma força: aplicação no cálculo 
de estruturas na educação profissional de jovens e adultos. 2022. Disponível em: 
https://repositorio.unb.br/handle/10482/43529. Acesso em 02 de abr. 2023. 
9 
 
RIBEIRO, R. O princípio da alavanca de Arquimedes. Estado de Minas, 2015. 
Disponível em: 
https://www.em.com.br/app/noticia/especiais/educacao/enem/2015/04/13/noticia-
especial-enem,637166/o-principio-da-alavanca-de-arquimedes.shtml. Acesso e, 03 de 
abr. 2023. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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