RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA - Leis do Atrito

Prévia do material em texto

ESTADO DO MATO GROSSO SECRETÁRIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA 
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE FÍSICA 1 (LF-1) 
DOCENTE: MIRIAN LACO 
DISCENTES: • ADALBERTO DE CARVALHO (e-mail: adalbertorumoaoouro@gmail.com) • ANELISE B. DE OLIVEIRA (e-mail: barbosanelise@gmail.com) • ELVIS A. G. E SOUZA FILHO (e-mail: elvis_souza05@hotmail.com) • EUDES APARECIDO ROLA (e-mail: eudes.amarelo87@gmail.com) • FABIOLA DUDA MACEDO (e-mail: fabíola_duda_macedo@hotmail.com) • FABRICIO GUERREIRO BRAGA (e-mail: fabricioguerrerobraga@outlook.com) • FABRICIO GUILHERME REIS (e-mail: fgr_dereis@outlook.com) • GIANI JULIANI (e-mail: giane_ju@hotmail.com) • HENRIQUE RENGER (e-mail: henriquematheusrenger@hotmail.com) • LUCAS FIGUEREDO (e-mail: lucas64eng@gmail.com) • LUCAS SALERMO (e-mail: lucassalermo@gmail.com) RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA Leis do Atrito Resumo: Forças de atrito são em grandes partes necessárias em nossas vidas, sem elas nossos meios de locomoção terrestres seriam ineficazes, desde o caminhar até os automóveis até a frenagem de um veículo. Permitem que uma vez em movimento você altere tanto sua velocidade quanto sua orientação. A força de atrito é caracterizada por: se opor ao movimento; depender da natureza e da rugosidade da superfície em contato (coeficiente de atrito); ser proporcional à força normal de cada corpo; transformar a energia cinética do corpo em outro tipo de energia que é liberada ao meio. 1. Objetivos Encontrar experimentalmente a força de atrito estático em diferentes situações, calcular o coeficiente de atrito estático e compará-lo ao coeficiente de atrito cinético analisando-os nas diversas experiências, encontrar e comparar a força normal em cada um dos casos e observar fatores que alteram os coeficientes de atrito estático, buscar também o ângulo critico no plano inclinado. Com os resultados experimentais obtidos, estuda-los e chegar a conclusões de acordo com as definições de propriedades dadas pela física clássica. 2. Introdução Segundo as definições da física, as forças de atrito resultantes possuem três propriedades: Propriedade 1, Se o corpo não se move, a força de atrito estático (ܨ௔௧,௘) e a componente da força aplicada (ܨ) paralelas à superfície se equilibram. As 
ESTADO DO MATO GROSSO SECRETÁRIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA 
duas forças têm módulos iguais e ܨ௔௧,௘ tem o sentido oposto ao da componente de ܨ; Propriedade 2, O Módulo de ܨ௔௧,௘ possui um valor máximo que é dado por (ܨ௔௧,௘݉áݔ = ߤ௘ܰ) onde ߤ௘ é o coeficiente de atrito estático e ܰ é o módulo da força normal de reação que a superfície exerce sobre o corpo. Se o módulo da componente de ܨ paralela à superfície excede ܨ௔௧,௘݉áݔ o corpo entra em movimento e começa a deslizar sobre a superfície; Propriedade 3, Se o corpo começa a deslizar sobre a superfície, o módulo da força de atrito diminui rapidamente para um valor de ܨ௔௧,௖ dado por: ܨ௔௧,௖ = ߤ௖ܰ onde ߤ௖ é o coeficiente de atrito cinético. 3. Procedimento Experimental 3.1. Materiais Para realizarmos experimentos e medições de atrito utilizamos dos seguintes materiais:  01 dinamômetro de 2N  01 dinamômetro de 5N  01 bloco de madeira com gancho  01 bloco de madeira emborrachado com gancho  01 placa de PVC branca com furo  01 rampa com régua de 400mm  01 manipulo cabeça de plástico com porca borboleta  01 manipulo de latão recartilhado  01 transferidor 90º com seta indicadora 3.2. Procedimentos Os procedimentos experimentais foram divididos em etapas de experimentação, onde realizamos medições com o bloco de madeira sobre a placa de PVC em duas posições diferentes, com os dois blocos empilhados sobre a placa de PVC, realizamos também medições com o bloco de madeira emborrachado, também sobre a placa de PVC, e por último realizamos medições com os blocos sobre a placa de PVC na rampa inclinável. EXPERIMENTO 1 – FORÇA DE ATRITO ESTÁTICO Medições de atrito estático do bloco de madeira sobre a placa de PVC. 
Nesse experimento foram utilizados o bloco de madeira, a placa de PVC, o dinamômetro de 2N e o dinamômetro de 5N. Primeiramente fizemos a medição da força de atrito estático presente no bloco de madeira quando o mesmo estivesse com sua maior área de contato sobre a placa de PVC, utilizando o dinamômetro de 2N. Para realizar a medição dessa 
ESTADO DO MATO GROSSO SECRETÁRIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA 
força, foi necessário primeiramente calibrar o dinamômetro de 2N para realizar medições horizontais, foi feita a preparação da placa de PVC, removendo vestígios de poeira e líquidos, depois a placa foi colocada sobre a bancada, e o bloco de madeira colocado com a maior área de contato sobre a placa de PVC, devido a superfície ser plana, o bloco manteve-se em repouso, com o cenário experimental preparado, iniciamos as medições. O dinamômetro foi preso ao bloco através do gancho, mantendo-o horizontalmente paralelo a placa de PVC, o mesmo foi puxado, de forma que se fosse possível anotar os resultados da força aplicada, e assim gradativamente foi se aumentando a intensidade da força até que o bloco saísse do estado de repouso e entrasse em movimento, assim foi constatado que a força máxima exercida antes que o bloco entrasse em movimento foi de aproximadamente 1,25N. Como a força de atrito estático se opõe a força aplicada, então, a força de atrito estático presente no bloco de madeira com a sua maior superfície de contato sobre a placa de PVC também foi de aproximadamente de 1,25N. Com o dinamômetro de 5N, calibrado para medições verticais, realizamos a medição da força-peso do bloco de madeira, para isso prendemos o dinamômetro ao bloco por um gancho e elevamos o bloco de madeira até que o mesmo estivesse totalmente suspenso, sustentado apenas pelo dinamômetro, o resultado foi de aproximadamente 2,7N. Como a força-peso de um objeto é o produto da aceleração da gravidade em m/s2 pela massa do objeto em Kg, e a força normal de reação de um objeto é a sua força-peso ortogonal a superfície onde se encontra, como a superfície é plana, a força normal de reação do bloco de madeira é de 2,7N. Sabendo a intensidade da força normal de reação N e a força de atrito estático, é possível calcular o coeficiente de atrito estático que se dá pela equação: 
ߤ௘ = ிೌ ೟,೐ே onde ܨ௔௧,௘ é a força de atrito estático em Newtons e N é a força normal de reação do objeto, também em Newtons, resolvendo essa equação chegamos ao resultado de que ߤ௘ = 0,46. EXPERIMENTO 2 – COEFICIENTE DE ATRITO ESTÁTICO E ÁREA DE CONTATO Coeficientes de atrito estático do bloco de madeira sobre a placa de PVC. 
Estendendo o Experimento 1, após encontrarmos a força de atrito estático e o coeficiente de atrito estático quando o mesmo está com a sua maior área de contato sobre a placa de PVC e o a força normal de reação do bloco de madeira que é independente da área de contato sobre a superfície, foi realizada as mesmas medições com a diferencial de que agora o bloco estava com uma área de contato menor sobre a placa de PVC, e os valores obtidos foram de aproximadamente 1,0N para a força de atrito estático e ߤ௘ = 0,37 para o coeficiente de atrito, o que é de se esperar, pois quando diminuímos a superfície de contato entre os objetos, consequentemente se diminui o atrito entre eles, assim diminuindo a força de atrito estático e também o coeficiente de atrito estático. 
ESTADO DO MATO GROSSO SECRETÁRIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA 
EXPERIMENTO 3 – FORÇA DE ATRITO ESTÁTICO E FORÇANORMAL DE REAÇÃO Medições de atrito estático com dois blocos empilhados sobre a placa de PVC. 
Primeiramente, como antes de qualquer experimento, se faz necessária a preparação do ambiente experimental, nesse experimento foram utilizados o bloco de madeira e o bloco de madeira emborrachado, a placa de PVC e o dinamômetro de 5N, fizemos a calibragem do dinamômetro para realizar medições horizontais, em seguida removemos quaisquer vestígios de poeira e líquidos dos blocos e da placa de PVC, com a placa sobre a bancada. Com o ambiente experimental preparado iniciamos as medições. Empilhamos os dois blocos de madeira, colocando o primeiro bloco com a superfície de madeira e maior área de contato sobre a placa de PVC e o bloco de madeira emborrachado sobre ele, como a superfície era plana, os mesmos se mantiveram em repouso, em seguida prendemos o dinamômetro ao gancho do bloco de baixo, mantendo-o horizontalmente paralelo a placa de PVC começamos a puxa-lo de modo que se fosse possível anotar as medidas. Com o aumento gradual da força, constatamos que a maior força aplicada antes que os blocos saíssem do estado de repouso foi de aproximadamente 2,5N, como a força de atrito estático é oposta a força máxima exercida sobre um corpo antes que o mesmo entre em movimento, então a força de atrito estático dos dois blocos empilhados foi de aproximadamente 2,5N, comparando com os resultados do experimento anterior, concluímos que ao aumentar a massa dos objetos, aumentou-se também a força de atrito. Ainda com o dinamômetro de 5N, agora calibrado para medições verticais, medimos o peso dos dois blocos, o bloco de madeira, assim como no experimento anterior teve peso de 2,7N e o bloco de madeira emborrachado teve peso de 2,9N, somando o peso dos dois blocos, conseguimos de imediato a força normal de reação quando empilhados, que é de 5,6N. Utilizando a equação para o cálculo do coeficiente de atrito estático, chegamos ao resultado de ߤ௘ = 0,45 um resultado já esperado pois o coeficiente de atrito estático está ligado diretamente as superfícies de contato, e como nesse experimento a superfície de contato do bloco inferior com a placa de PVC é a maior área de contato, assim como uma das medições realizadas no Experimento 1, e os materiais são os mesmos o resultado é satisfatório considerando a margem de erro como sendo de ±5%. EXPERIMENTO 4 – RALAÇÃO ENTRE FORÇA DE ATRITO ESTÁTICO E A NATUREZA DAS SUPERFÍCIES EM CONTATO Medições de atrito estático com a superfície emborrachada sobre a placa de PVC. 
Como rotina antes de qualquer experimento, se faz necessária a preparação do ambiente experimental, nesse experimento foram utilizados o bloco de madeira 
ESTADO DO MATO GROSSO SECRETÁRIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA 
emborrachado, a placa de PVC e o dinamômetro de 5N, fizemos a calibragem do mesmo para realizar medições horizontais, em seguida removemos quaisquer vestígios de poeira e líquidos dos blocos e da placa de PVC, com a placa sobre a bancada. Com o ambiente experimental preparado iniciamos as medições. Primeiramente colocamos o bloco com a superfície emborrachada em contato com a placa de, como a superfície era plana, o mesmo se manteve em repouso, em seguida prendemos o dinamômetro ao gancho do bloco de baixo, mantendo-o horizontalmente paralelo a placa de PVC começamos a puxa-lo de modo que se fosse possível anotar as medidas. Com o aumento gradual da força, constatamos que a maior força aplicada antes do bloco sair do estado de repouso foi de aproximadamente 2,0N, como a força de atrito estático é oposta a força máxima exercida sobre um corpo antes que o mesmo entre em movimento, então a força de atrito estático do bloco com a superfície emborrachada em contato com a placa de PVC foi de aproximadamente 2,0N, comparando com os resultados do Experimento 1, onde a massa e a área de contato dos blocos são aproximadamente semelhantes, concluímos que a força de atrito estático, assim como era esperado, está totalmente relacionada a natureza das superfícies em contato. Com a força-peso do bloco de madeira emborrachado já mensurado no Experimento 2 como 2,9N, conseguimos a força normal de reação que também é de 2,9N, e agora com essas medidas podemos calcular o coeficiente de atrito estático como sendo ߤ௘ = 0,69 consequentemente concluímos também que o coeficiente de atrito estático também está relacionado diretamente à natureza das superfícies de contato. EXPERIMENTO 5 – FORÇA DE ATRITO CINÉTICO Medições de atrito cinético do bloco de madeira sobre a placa de PVC. 
Como rotina antes de qualquer experimento, se faz necessária a preparação do ambiente experimental, nesse experimento foram utilizados o bloco de madeira, a placa de PVC e o dinamômetro de 2N, fizemos a calibragem do mesmo para realizar medições horizontais, em seguida removemos quaisquer vestígios de poeira e líquidos dos blocos e da placa de PVC, com a placa sobre a bancada. Com o ambiente experimental preparado iniciamos as medições. Primeiramente colocamos o bloco de madeira com a superfície com maior área de contato, assim como no Experimento 1, depois prendemos o dinamômetro ao bloco através do gancho, mantendo-o horizontalmente paralelo a placa de PVC, o mesmo foi puxado gradativamente até o bloco sair do estado de repouso e entrar em movimento contínuo, com o bloco em movimento, manteve-se a força aplicada de modo que o bloco se deslocasse 20cm sobre a placa de PVC, repetindo o experimento e anotando os resultados obtidos com intuito de, através da média aritmética dos valores se fosse possível obter um resultado mais preciso possível. O resultado obtido para a força aplicada de modo que o bloco se mantivesse em movimento constante por 20cm foi de aproximadamente 0,8N. 
ESTADO DO MATO GROSSO SECRETÁRIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA 
A força de atrito cinético, assim como a força de atrito estático se opõe a força aplicada, com o diferencial de que, se a força aplicada for menor que a força de atrito cinético, o objeto é desacelerado até que entre em estado de repouso, se a força aplicada for maior que a força de atrito cinético, o objeto sofre aceleração, proporcional a somatória de forças no sentido da força aplicada, e se a força aplicada for igual a força de atrito cinético o objeto se mantém em movimento uniforme no sentido da força aplicada. Isso pode ser comprovado através da 
equação ܽ = ி௠ , onde ܽ é a aceleração em m/s2, F é a somatória de forças e ݉ é a massa do objeto em kg. Para calcular o coeficiente de atrito cinético podemos usar a equação: ߤ௖ =ிೌ ೟,೎ே onde ܨ௔௧,௖ é a força de atrito cinético em Newtons e N é a força normal de reação do objeto, como já temos em mãos as informações necessárias, sendo a força normal de reação do bloco de madeira de 2,7N, obtida no Experimento 1 e a força de atrito cinético de 0,8N, obtemos o coeficiente de atrito cinético como sendo ߤ௖ =0,30 Comparando o resultado do coeficiente de atrito estático do Experimento 1 e o coeficiente de atrito cinético obtido neste experimento, como esperado, o coeficiente de atrito estático sempre deverá ser maior que o coeficiente de atrito cinético, que se faz através de uma relação direta com a 1ª Lei de Newton, a lei da inércia. EXPERIMENTO 6 – ÂNGULO CRÍTICO Medições de atrito estático do bloco de madeira e o bloco de madeira emborrachado sobre a placa de PVC em uma rampa inclinável. 
Como rotina antes de qualquer experimento, se faz necessária a preparação do ambiente experimental, nesse experimento foram utilizados o bloco de madeira e o bloco de madeira emborrachado, a placa de PVC, a rampa com régua de 400mm, o transferidor com seta indicadora, o manípulo cabeça de plástico com porca borboleta, o manipulo de latão recartilhado e o dinamômetrode 5N. Os manípulos, o transferidor, a rampa e a placa de PVC foram utilizados para a montagem da rampa inclinável, conforme orientações do fabricante, em seguida foi feita a calibragem do dinamômetro para realizar medições verticais e do transferidor, foi feita também a remoção de quaisquer vestígios de poeira e líquidos dos blocos e da placa de PVC. Com o ambiente experimental preparado iniciamos as medições. Com a rampa na horizontal sobre a bancada, colocou-se primeiramente o bloco de madeira com a sua maior área de contato sobre a placa de PVC, como no Experimento 1, em seguida a rampa começou a ser inclinada de modo que fosse possível anotar com boa precisão os ângulos mensurados pelo transferidor, a rampa foi inclinada até que o bloco saísse do modo de repouso e entrasse em movimento, descendo a rampa, anotou-se então o ângulo máximo onde o bloco se manteve em repouso antes de entrar em movimento, repetimos esse procedimento várias vezes, 
ESTADO DO MATO GROSSO SECRETÁRIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA 
para que através da média aritmética pudesse se encontrar um resultado mais preciso possível. O ângulo critico obtido através da média aritmética foi de aproximadamente 24,67°. Para se encontrar o coeficiente de atrito estático através do ângulo critico, podemos usar a equação ߤ௘ = tan ߠ, onde ߠ é o ângulo critico, efetuando os cálculos chegamos ao resultado ߤ௘ = 0,46 que é exatamente o mesmo resultado obtido no Experimento 1, o que já era esperado, pois através do ângulo critico podemos encontrar o coeficiente de atrito, independentemente da massa do objeto. Após encontrar-se o coeficiente de atrito estático do bloco de madeira e a placa de PVC através do cálculo pelo ângulo critico, repetiu-se o procedimento, agora utilizando o bloco de madeira emborrachado, com a superfície emborrachada em contato com a placa de PVC, através dos mesmos métodos utilizados para encontrar o ângulo crítico do bloco de madeira, encontramos o ângulo crítico do bloco de madeira emborrachado como sendo de aproximadamente de 30,50º e usando novamente a equação ߤ௘ = tan ߠ, obtivemos ߤ௘ = 0,59 que está dentro da margem de erro de ±5% comparado com os resultados obtidos no Experimento 4. Como podemos ver, também é possível obter o coeficiente de atrito estático através do cálculo do ângulo critico com um resultado aproximado aos obtidos nos experimentos utilizando o dinamômetro. 4. Resultados e discussão A força de atrito é um componente contrária a força aplicada, tangencial a superfície onde se encontra o objeto e força normal de reação possui módulo igual a força-peso, porém com sentido e direção perpendiculares a superfície onde o mesmo se encontra. Com experimentos realizados, podemos comprovar que a força de atrito está relacionada a natureza das superfícies em contato, a massa do objeto onde a força é aplicada e também a área de contato entre as superfícies, sendo assim quanto maior for a aspereza das superfícies, sua área de contato ou for o peso do objeto, maiores serão suas forças de atrito, tanto estático quanto cinético. 
Imagem 01 – Representação das forças 
Fonte: Internet. 
ESTADO DO MATO GROSSO SECRETÁRIA DE ESTADO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA 
Através dos experimentos pudemos comprovar também que o coeficiente de atrito é independente da massa do objeto, mas está relacionado diretamente à área de contato e a natureza das superfícies. Comprovamos também que a força de atrito estático sempre será maior que a força de atrito cinético, pois uma vez em movimento, a força de atrito se reduz rapidamente a uma intensidade inferior, constante, passando a ser denominada como força de atrito cinético. Quando se utiliza a rampa inclinável, conforme se altera o ângulo da superfície com a horizontal, como a força normal de reação é perpendicular à superfície, sua componente horizontal passa a como ser somada com a força peso, passando a atuar como força de movimento, e quando se ultrapassa o ângulo critico, a soma das componentes da força norma e da força-peso passam a ser maiores que a força de atrito estático, fazendo assim com que o objeto entre em movimento, escorregando para a base da rampa. 5. Referências Bibliográficas NAGASHIMA, H. N.; Laboratório de Física I. Apostila da disciplina Laboratório de Física I. Departamento de Física e Química. UNESP, 2011. e-física – ENSINO DE FÍSICA ONLINE. Disponível em: <http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/atrito/>. Acesso em 01 out. 2015. 
Imagem 02 – Intensidade da força de atrito 
Fonte: Internet.