Experimento 5 - Sistema de Forças

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Roteiro Experimento: Sistema de Forças
5.1 Objetivos Gerais
Este experimento tem por objetivo a
verificação experimental do equilíbrio de
forças, utilizando um dispositivo conhecido
como mesa de forças (Fig. 1). Ao final
deste experimento o aluno deverá ser capaz
de:
 Determinar graficamente e
analiticamente a resultante de um
sistema de duas ou mais forças
coplanares e concorrentes.
Figura 1: Mesa de Forças
5.2 Materiais necessários
 01 mesa de forças composta de três
roldanas (Fig. 1).
 Linha inextensível.
 03 suportes para massas ligadas por fio.
 Conjunto de massas.
 01 Balança.
5.3 Fundamentação Teórica
Sempre que várias forças simultaneamente
atuam sobre um corpo dizemos que elas
constituem um sistema de forças.
A condição para que um ponto material
permaneça em equilíbrio, é que a resultante
de todas as forças que atuam sob este ponto
material seja zero. No caso de um sistema
sujeito a duas forças, o ponto material
estará em equilíbrio se estas forças tiverem
o mesmo módulo, direção e sentidos
opostos. Se este não for o caso, é possível
obter o equilíbrio, aplicando-se uma terceira
força coplanar às forças anteriores. Para se
encontrar o valor desta terceira força e o
ângulo que deverá fazer com as outras duas
forças, existem alguns métodos algébricos e
gráficos, tais como: Regra do
paralelogramo, Decomposição de Forças e
Leis dos Cossenos.
5.4 Procedimento Experimental
A mesa de forças é um dispositivo que
torna possível a verificação experimental da
soma de vetores. Esta mesa é composta de
um disco circular graduado em graus, no
qual podemos fixar roldanas móveis.
Nestas penduramos massas através de um
fio, que vai encontrar um anel metálico fixo
ao pino no centro da mesa. O peso destas
massas correspondem as forças a serem
equilibradas. O equilíbrio ocorre quando o
anel fica centralizado em relação ao pino
(ver Fig. 1).
Este experimento é divido em três etapas
como segue:
5.4.1. Etapa experimental 01
1. Selecione três corpos de massas m de
mesmo valor.
2. Posicione cada um dos corpos em um fio
da mesa de forças.
3. Faça o fio ligado a um dos corpos
coincidir com o zero da escala de
ângulos, definindo o eixo x para a
análise do experimento. A posição desse
corpo não deverá ser modificada.
4. Ajuste as roldanas até que o nó central
unindo os fios permaneça em equilíbrio
no centro da mesa.
5. Meça os ângulos  e  que os fios
ligados aos corpos não-fixos fazem com
o eixo x. Faça as medidas pelos menos 5
vezes.
6. Determine os valores médios e as
incertezas-padrão dos ângulos  e  .
7. Determine teoricamente, a partir da
aplicação das Leis de Newton, o valor
previsto para os ângulos  e  nessa
situação. Compare com os valores
medidos experimentalmente.
5.4.2. Etapa experimental 02
1. Sejam m1 e m2 duas massas distintas.
Selecione um corpo de massa m1 e
outros dois de massas iguais a m2.
2. Posicione cada um dos corpos em um fio
da mesa de forças.
3. Faça o fio ligado ao corpo de massa m1
coincidir com o zero da escala de
ângulos, definindo o eixo x para a
análise do experimento. A posição desse
corpo não deverá ser modificada.
4. Ajuste as roldanas até que o nó central
unindo os fios permaneça em equilíbrio
no centro da mesa. Os valores de m1 e m2
deverão ter sido escolhidos de modo a
permitir o equilíbrio sem que os fios
ligados aos corpos fiquem todos ao
longo do eixo x.
5. Meça os ângulos  e  que os fios
ligados aos corpos de massa m2 fazem
com o eixo x. Faça as medidas pelos
menos 05 vezes.
6. Determine os valores médios e as
incertezas-padrão dos ângulos  e  .
7. Determine teoricamente, a partir da
aplicação das Leis de Newton, o valor
previsto para os ângulos  e  nessa
situação. Compare com os valores
medidos experimentalmente.
5.4.3. Etapa experimental 03
1. Selecione três corpos com massa m1, m2
e m3 distintas. Seja m1 > m2 > m3.
2. Posicione cada um dos corpos em um fio
da mesa de forças.
3. Faça o fio ligado ao corpo de massa m1
coincidir com o zero da escala de
ângulos, definindo o eixo x para a
análise do experimento. A posição desse
corpo não deverá ser modificada.
4. Ajuste as roldanas até que o nó central
unindo os fios permaneça em equilíbrio
no centro da mesa. Os valores de m1, m2
e m3 deverão ter sido escolhidos de
modo a permitir o equilíbrio sem que os
fios ligados aos corpos fiquem todos ao
longo do eixo x.
5. Meça os ângulos  e  que os fios
ligados aos corpos de massa m2 e m3
fazem com o eixo x. Faça as medidas
pelos menos 5 vezes.
6. Determine os valores médios e as
incertezas-padrão dos ângulos  e  .
Determine teoricamente, a partir da
aplicação das Leis de Newton, o valor
previsto para os ângulos  e  nessa
situação. Compare com os valores
medidos experimentalmente.
m1
m2
m3


x