Fisica Mecanica

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EXPERIMENTO BALANÇA DE PRATOS – ESTÁTICA 
Gilson Coelho 
Centro Universitário Uninter 
R. José Portela, 174 - Centro, Congonhas - MG, 36415-000- Brasil 
e-mail: vaessa.f@uninter.com 
 
Resumo: Neste experimento, ficou claro os princípios do equilíbrio de corpos rígidos 
utilizando uma balança de braços e uma régua suspensa. Analisei como a soma das forças 
e dos momentos atuantes determina o estado de equilíbrio de um sistema. Através de 
medições e cálculos, verifiquei que, para manter o equilíbrio, um aumento na massa deve 
ser compensado por uma redução na distância em relação ao eixo de rotação. Os 
resultados confirmam a necessidade de um balanço entre força e distância para a 
manutenção do equilíbrio estático em sistemas físicos. 
 
Palavras-chaves: Equilíbrio estático; Momento de força; Balança de braços; Forças; 
Rotação. 
INTRODUÇÃO 
O estudo do equilíbrio de corpos rígidos é um tema central na física, com aplicações práticas em 
diversas áreas da engenharia e da arquitetura. Historicamente, o conceito de equilíbrio foi desenvolvido 
a partir das leis de Newton, que fornecem as bases para entender como forças e momentos atuam 
sobre os corpos. Este experimento busca identificar as condições necessárias para que um sistema 
permaneça em equilíbrio, focando na relação entre a força aplicada, a massa do corpo e a distância 
em relação ao eixo de rotação. 
 
O problema a ser estudado é como diferentes massas e distâncias afetam o equilíbrio em uma 
balança de braços e uma régua suspensa. A justificativa para esse estudo reside na importância de 
compreender esses princípios para projetar estruturas estáveis e seguras. 
 
Para realizar a atividade, foi usado uma balança de braços e uma régua suspensa, onde alterei as 
massas e as distâncias em relação ao eixo de rotação, medindo os momentos gerados e observando 
as condições que levam ao equilíbrio. 
 
 
 
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ANÁLISE TEÓRICA 
Para que um corpo esteja em equilíbrio, é necessário que duas condições principais sejam 
satisfeitas: 
a) Equilíbrio de Translação: A soma das forças atuando sobre o corpo deve ser zero. Isso significa 
que as forças que atuam em diferentes direções devem se cancelar mutuamente. Em termos 
matemáticos: 
 
 
 
Isso assegura que o corpo não terá aceleração linear e permanecerá em repouso ou em movimento 
retilíneo uniforme. 
b) Equilíbrio de Rotação: A soma dos momentos das forças em relação a qualquer ponto de 
referência deve ser zero. O momento de uma força é dado pelo produto da força e da distância 
perpendicular ao ponto de rotação (ou eixo). Em termos matemáticos: 
 
 
 
Aqui, τ representa o torque ou momento da força. Isso assegura que o corpo não terá aceleração 
angular e permanecerá sem rotação ou em rotação uniforme. 
 
Uma balança de pratos é um exemplo clássico de um sistema em equilíbrio estático. O princípio 
básico envolvido é o de torque ou momento da força. 
O torque é dado pelo produto da força F e a distância D do ponto de aplicação da força ao ponto de 
rotação. Para que a balança esteja em equilíbrio, o torque produzido pela força de um lado deve ser 
igual ao torque produzido pela força do outro lado. Matematicamente, isso é expresso como: 
 
 
F1 . d1 = F2 . d2 
 
 
Princípio da Alavanca: A balança funciona como uma alavanca de primeira classe, onde o ponto de 
apoio (fulcro) está entre as forças aplicadas nos pratos. O equilíbrio é alcançado quando os torques em 
relação ao fulcro se igualam, considerando que a força aplicada é o peso dos objetos nos pratos. 
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Equilíbrio Estático: Para a balança estar em equilíbrio, as forças (ou pesos dos objetos) em ambos 
os pratos devem produzir torques equivalentes em torno do eixo de rotação. Se os braços da balança 
são de comprimentos diferentes, o peso menor deverá estar mais longe do eixo para balancear o peso 
maior mais próximo do eixo. 
 
EX: 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. Se o bloco de 1,95 kg está posicionado a uma 
distância L2 de 10 cm do eixo de rotação da balança, vamos resolver 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. 
 
Dada a balança com braços desiguais: 
Peso no prato esquerdo (Lado 1): m1 = 1,50kg 
Peso no prato direito (Lado 2): m2 = 1,95kg 
Distância L2 (Lado 2): L2 = 10cm = 0,10m 
Usando o princípio do equilíbrio estático (torques iguais): 
 
 
 
g é comum nos dois lados e por isso foi cancelado 
 
A distância L1 é aproximadamente 13 cm para que a balança permaneça em equilíbrio. 
 
 
 
 
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LABORATORIO VIRTUAL 
 
O primeiro experimento virtual, consiste em colocar pesos na balança de prato, para começar 
seleciono um peso que está em cima da mesa e coloco no prato. 
Para haver equilíbrio basta mover o contrapeso até que encontre o equilíbrio, onde a força do 
contrapeso e do peso sejam nulas, em segui da clico em inspecionar par a que as medidas de distancias 
sejam informados para fazer os devidos cálculos. 
 
 
mCONTRAPESO=_____500________ g =______0,5__________ kg 
 
 
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dCONTRAPESO=_______12,9_______________ cm = ______0,129__________ m 
dMASSA=__________14,5_____________cm = ____0,145____________ m 
 
 
Para calcular a força peso pCONTRAPESO sofrida pelo contrapeso, considerando a aceleração 
gravitacional g = 9,81m/ s² . A fórmula para determinar a força peso é dada por p = m . g, onde m é a 
massa do contrapeso. Com uma massa de 0,5kg, o cálculo é realizado da seguinte forma: 
 
pCONTRAPESO = 0,5kg × 9,81m/ s² = 4,905N 
Para Calcularmos a força peso pMASSA da massa+prato posicionada sobre a balança 
 
pMASSA = (4,905N × 0,129m)/0,145m 
pMASSA = 0,633645nM/0,145m 
PMASSA ≈ 4,37N 
O Cálculo da massa mMASSA do corpo+prato posicionados na balança. 
 
mMASSA = 4,37N / 9,81m/s2 = 0,445kg 
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 Agora para determinar o momento de rotação decorrente da força peso pCONTRAPESO e da força 
peso pMASSA. 
 
MCONTRAPESO = pCONTRAPESO . dCONTRAPESO = 0,633645 N.m 
MMASSA = pMASSA . dMASSA = 0, 63365N.m 
O momento de rotação resultante considerando que a tendência de rotação no sentido horário gera 
momento negativo e a tendência de rotação no sentido anti-horário gera momento positivo. 
 
MR=0,63365N.m−0,633645N.m ≈ 0,000005N.m 
 
 
Tabela de dados do experimento 1 e outros dois experimentos em laboratório virtual 
Experi-
mento 
mCONTRA-
PESO 
(kg) 
PCONTRA-
PESO 
(N) 
dCONTRA-
PESO 
(m) 
MCON-
TRAPESO 
(N.m) 
mMASSA 
(kg) 
PMASSA 
 (N) 
dMASSA 
 (m) 
MMASSA 
 (N.m) 
1 0,5 4,905 0,129 0,633645 0,445 4,37 0,145 0,63365 
2 0,5 4,905 0,087 0,426735 0,3 2,943 0,145 0,426735 
3 0,5 4,905 0,079 0,387495 0,273 2,673 0,145 0,387495 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Peso P da régua usada como travessão registrado com o dinamômetro. 
 
𝑃𝑇𝑅𝐴𝑉𝐸𝑆𝑆Ã𝑂 = ________0,4_______𝑁 
 
m1=____0,05______ kg 
m2=____0,05______kg 
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d1=_____20_______ cm = ____200__________ m 
d2=_____10_______ cm = _____100_________ m 
 
Para Cálculo da força peso P1 que atua sobre a massa M1 suspensa adotando a aceleração 
gravitacional como g=9,81 m/s². 
 
P1=0,05kg×9,81m/s2 ≈ 0,4905N 
	
Cálculo da força peso P2 que atua sobre a massa M2 suspensa adotando a aceleração gravitacional 
como g=9,81 m/s². 
 
P2=0,10kg×9,81m/s2 =0,981N 
 
 
 
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O momento de rotação decorrente da força peso P1 e da força peso P2. 
 
M1=0,4905N×0,15m=0,073575N.m 
M2=0,981N×0,10m=0,0981N.m 
 
 
 
Para obtermos o momento de rotação resultante considerado que a tendência de rotação no sentido 
horário gera momento negativo e a tendência de rotação no sentido anti-horário gera momento positivo. 
 
MR=0,073575N.m−0,0981N.m = −0,024525N.m 
 
 
Tabela de dados do experimento 1 e outros dois experimentos em laboratório 
Experi-
mentomCONTRA-
PESO 
(kg) 
PCONTRA-
PESO 
(N) 
dCONTRA-
PESO 
(m) 
MCONTRA-
PESO 
(N.m) 
mMASSA 
(kg) 
PMASSA 
 (N) 
dMASSA 
 (m) 
MMASSA 
 (N.m) 
1 0,5 4,905 0,129 0,633645 0,445 4,37 0,145 0,63365 
2 0,5 4,905 0,087 0,426735 0,3 2,943 0,145 0,426735 
3 0,5 4,905 0,079 0,387495 0,273 2,673 0,145 0,387495 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ANÁLISE E RESULTADOS 
 A partir das observações podemos descrever um sistema em equilíbrio é aquele onde todas as 
forças e momentos que atuam sobre o sistema se cancelam mutuamente, resultando em um estado de 
repouso ou movimento uniforme. Isso significa que a soma das forças atuantes no sistema é zero 
(equilíbrio de translação) e a soma dos momentos ou torques em torno de qualquer ponto de rotação é 
também zero (equilíbrio de rotação). Em um sistema em equilíbrio, não há aceleração linear ou angular. 
Para que um sistema permaneça em equilíbrio, duas condições principais devem ser satisfeitas: 
1. Equilíbrio de Forças: A soma vetorial de todas as forças que atuam sobre o sistema deve ser 
zero. Isso garante que o sistema não terá aceleração linear. 
 
2. Equilíbrio de Momentos: A soma de todos os momentos (ou torques) em torno de qualquer 
ponto deve ser zero. Isso garante que o sistema não terá aceleração angular. 
 
 
Se ambas as condições forem satisfeitas, o sistema estará em equilíbrio estático. 
 À medida que a massa do corpo aumenta, a distância em relação ao eixo de rotação para manter 
o equilíbrio diminui. Isso ocorre porque o momento (torque) é dado pelo produto da força peso (P=m×gP 
= m \times gP=m×g) e a distância (ddd) em relação ao ponto de rotação. Para manter o mesmo momento 
(ou seja, o equilíbrio), se a massa aumenta, a distância deve ser reduzida para que o produto P×dP 
\times dP×d continue a ser igual ao momento do outro lado do sistema. 
 Em resumo, para um sistema permanecer em equilíbrio, um aumento na massa deve ser 
compensado por uma diminuição na distância em relação ao eixo de rotação. 
 
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CONCLUSÃO 
 Nesta atividade prática, foi explorado os conceitos fundamentais de equilíbrio de corpos rígidos, 
utilizando uma balança de braços e uma régua suspensa para demonstrar as condições necessárias 
para que um sistema permaneça em equilíbrio. Observado que, para alcançar o equilíbrio, é essencial 
que a soma das forças e a soma dos momentos (ou torques) atuando sobre o sistema sejam iguais a 
zero. Também vi que, à medida que a massa de um corpo aumenta, a distância em relação ao eixo de 
rotação deve diminuir para manter o sistema equilibrado. Este experimento reforçou a importância dos 
princípios de estática na compreensão e aplicação prática do equilíbrio em sistemas físicos, 
fundamentais para diversas áreas da engenharia e da física. Através de medições cuidadosas e 
cálculos precisos, conseguimos aplicar esses princípios de forma concreta, demonstrando a relação 
direta entre força, distância e equilíbrio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Sears and Zemansky física I: mecânica. 14. ed. São 
Paulo: Pearson, 2016. E-book. Disponível em: https://plataforma.bvirtual.com.br. Acesso em: 
27 ago. 2024. p. 376-380. 
 
LEFFA, V. J. Normas da ABNT Citações e Referências Bibliográficas. Disponível em: 
http://www.leffa.pro.br/textos/abnt.htm Acesso em: 27 ago. 2024. 
 
 
http://www.leffa.pro.br/textos/abnt.htm