Equilíbrio Estático

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EQUILÍBRIO ESTÁTICO
ANA PAULA BARABACH
20000525 Fev/2022
1. Introdução
Isaac Newton (1642-1721) descobriu a relação que existe entre uma força e a
aceleração produzida por essa força. O estudo dessa relação foi denominado mecânica
newtoniana. A mecânica newtoniana não pode ser aplicada a todas as situações, como por
exemplo, se as velocidades dos corpos envolvidos são muito elevadas, comparáveis à
velocidade da luz, a mecânica newtoniana deve ser substituída pela teoria da relatividade
restrita, de Einstein. Se os corpos envolvidos possuem dimensões atômicas e subatômicas,
como os elétrons de um átomo, a mecânica newtoniana deve ser substituída pela mecânica
quântica. Ainda assim, a mecânica newtoniana pode ser aplicada ao estudo do movimento dos
mais diversos objetos, desde corpos muito pequenos, quase de dimensões atômicas, até
corpos muito grandes, galáxias e aglomerados de galáxias (HALLIDAY e RESNICK, 2016).
Newton formulou três princípios fundamentais usados para analisar os movimentos
dos corpos, tais princípios ficaram conhecidos como Leis de Newton. A Primeira Lei de
Newton, conhecida como inércia, diz que “se nenhuma força atua sobre um corpo, sua
velocidade não pode mudar, ou seja, o corpo não pode sofrer aceleração”, assim, se o corpo
está em repouso, permanece em repouso; se está em movimento, continua com a mesma
velocidade (HALLIDAY e RESNICK, 2016). A Segunda Lei de Newton afirma que a força
resultante que age sobre um corpo é igual ao produto da massa do corpo pela aceleração,
podendo ser observada na equação 1 (TANAKA, 2022). Já a Terceira Lei de Newton,
conhecida como Lei de Ação e Reação, afirma que “quando dois corpos interagem, as forças
que cada corpo exerce sobre o outro são iguais em módulo e têm sentidos opostos”, ou seja,
para cada ação há uma reação (HALLIDAY e RESNICK, 2016).
Equação 1: Calculo força resultante
Fonte: https://www.todoestudo.com.br/fisica/forca-resultante
Ademais, segundo as leis de Newton, para que uma partícula esteja em equilíbrio
estático é necessário que a resultante das forças que sobre ela atuam seja nula. A força
resultante é calculada por meio da 2ª lei de Newton, na condição de equilíbrio, como citado, a
soma vetorial dessas forças deve ser zero. Desse modo, de acordo com a 1ª lei de Newton,
quando a resultante das forças que atuam sobre um corpo é nula, o corpo permanece em seu
estado de repouso ou em movimento retilíneo uniforme (MRU), situações que são chamadas
de equilíbrio estático e equilíbrio dinâmico, respectivamente (HALLIDAY e RESNICK,
2016).
Dito isso, o objetivo deste experimento é fazer a demonstração de um sistema em
equilíbrio estático e realizar a decomposição das forças atuantes sobre ele.
2. Procedimento Experimental
2.1 Materiais
● Mesa redonda de forças
● 4 polias
● 4 linhas
● Massas de prova de peso variado
● Balança digital
● Nível de água
● Transferidor
2.2 Métodos
A mesa redonda com graduação estava disposta sobre a bancada, na qual quatro polias
estavam anexadas a mesma, para cada polia havia uma linha, totalizando quatro linhas, que
possuíam o seu ponto de encontro em uma pequena argola, cujo o objetivo era ficar
https://www.todoestudo.com.br/fisica/forca-resultante
Julio Cesar Sczancoski
massas de prova
Julio Cesar Sczancoski
Manter tanto o tipo quanto o  tamanho da fonte similar ao do texto.
Esqueceu de enumerar a equação.
A referência da imagem vai para o tópico de Referências Bibliográficas
Julio Cesar Sczancoski
Mesa de forças
centralizada no mesmo ponto em que se encontrava o centro da mesa graduada, e assim, o
sistema estaria em equilíbrio.
Inicialmente, de forma aleatória, escolheu-se quatro pesos de diferentes massas.
Após a escolha dos pesos, conferiu-se se o nível de água localizado abaixo da mesa de forças
estava centralizado. Em seguida passou-se às linhas pela polia e colocou-se os pesos na ponta
de cada linha e regulou-se a posição dos mesmos de acordo com a graduação da mesa para
que então a argola ficasse centralizada no ponto anteriormente citado.
Com as precisões exatas dos pesos, usou-se um transferidor para obter os ângulos.
Após encontrar o equilíbrio, utilizou-se a balança digital para medir a massa de cada peso.
Desse modo, obtendo a massa e adotando a aceleração da gravidade como 9,8m/s² foi possível
calcular as forças presentes nesse sistema, os resultados foram anotados e esse procedimento
repetiu-se por mais duas vezes, a fim de obter-se um total de três configurações de um sistema
em equilíbrio.
2.3 Cuidados na Execução do Experimento
Para o início do experimento é necessário ter cuidado com o nível de água, uma vez
que se não estiver centralizado pode ocorrer algum erro nos resultados. A balança precisa
estar calibrada para que não haja nenhuma variação da pesagem; deve-se sempre ter cuidado
ao observar se a argola está centralizada, uma maneira de ter um resultado mais preciso é
puxando a argola para cima e soltando, analisando assim se ela estará centralizada. Além dos
pontos citados, é importante tomar cuidado ao anotar os dados para que não haja uma leitura
errada das massas ou ângulos.
3. Resultados e discussão
Os resultados obtidos para cada uma das forças, na realização de três configurações,
foram expressados na tabela a seguir:
Tabela 1 – Resultados obtidos na realização do experimento
Fonte: elaborada pelo excel
Julio Cesar Sczancoski
massas diferenciadas.
Os resultados das forças também podem ser expressados em gráficos, como
demonstrado na figura 1.
Figura 1: gráfico representando as forças
Fonte: elaborado pela autora
Após a obtenção dos resultados foi realizada a decomposição de cada uma das forças,
seguindo as regras de vetores (Figura 2) – para o cálculo utilizou-se os valores em graus,
obtendo assim o seno e cosseno referente o valor em graus e não em radiano. Em seguida
calculou-se a força resultante para cada uma das configurações. Os resultados foram
expressados na tabela 2.
Julio Cesar Sczancoski
Faltou colocar os ângulos.
Figura 2: Propriedades de decomposição de vetores
Fonte: https://slideplayer.com.br/slide/1735431/
Tabela – 2 decomposição de vetores
Fonte: Excel
Após a obtenção do resultado das decomposições das forças, foi possível expressar os valores
em representação vetorial das forças e da força resultante para cada uma das configurações, como
demonstrado na tabela 3.
https://slideplayer.com.br/slide/1735431/
Tabela 3 – representação vetorial das forças na forma cartesiana
4. Conclusão
Após a realização do experimento, com os resultados da primeira configuração,
pode-se comprovar as leis de Newton que referem-se a corpos em equilíbrio tendo uma força
resultante nula. As configurações dois e três apresentaram um resultado minimamente
diferente do que o esperado, pois esperava-se que as forças resultantes fossem zero. Tal fato
pode ser explicado por algum erro experimental, uma vez que não foi desconsiderado o último
digito da balança, que é considerado a incerteza, esse fator influenciou no resultado das
massas, consequentemente da decomposição das forças e na força resultante; outro erro
possível pode ter sido uma leitura errada da argola (constando que estava em equilíbrio
quando poderia não estar) ou ao mexer na argola pode ter centralizado errado.
Ademais, o experimento foi de extrema importância para o aprendizado da mecânica
de newtoniana e de grande valor para o crescimento acadêmico.
5. Referências
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fundamentos de física, volume 1: mecânica. 10.
ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2016.
TANAKA, Hugo Shigueo. Força resultante. Todo Estudo. Disponível em:
https://www.todoestudo.com.br/fisica/forca-resultante. Acesso em: 21 de February de 2022.