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FORÇA DE ATRITO PLANO INCLINADO Prof. Ms. Edgar Leis de Newton - dinâmica Pensamento AntigoPensamento Antigo Associavam o movimento a presença obrigatória de uma força. Aristóteles Aristóteles –– (384 (384 –– 322 A.C.)322 A.C.) presença obrigatória de uma força. Esta idéia era defendida por Aristóteles, e só foi derrubada séculos mais tarde por Newton. Introduziu a idéia de inércia rotacional, que mais tarde foi aperfeiçoada por Galileu Galilei (1564 – 1642) aperfeiçoada por Isaac Newton. Aqui surgem duas novas grandezas que não são mencionadas em cinemática: força e massa. Força: grandeza física capaz de acelerar um corpo ou causar neste D I N DinâmicaDinâmica acelerar um corpo ou causar neste uma deformação. •SI→ N (Newton) •CGS→ dina •MKS→ kgf N A M Ô M E T R O *1 kgf: peso, na Terra, de um corpo de 1 kg de massa. Massa: Massa: É a medida da inércia de um corpo, sendo a mesma em todo o Universo. •SI→ kg (quilograma) •CGS→ g (grama) •MKS→ kg Massa ≠ Peso O quilograma é a massa de um cilindro de platina iridiada mantido no Bureau Internacional de Pesos e Medidas (Paris). Massa ≠ Peso Se a resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula (FR = 0), então todo corpo que estiver em M.R.U. tende a .... 1aLei - Princípio da InérciaPrincípio da Inércia ...se manter em M.R.U., e todo corpo em repouso assim permanece. 0 rr =F ⇒ )0(Re rr =vpouso ou0=RF ⇒ ou )0..(.. rr ≠constvURM FR = 0 => M.R.U. FR = 0 => M.R.U. Conseqüências da InérciaConseqüências da Inércia Sem a força resultante centrípeta, um carro passa reto em uma curva. A bolinha mantém sua componente x do movimento, por isto acompanha o trem. A “força centrífuga” é uma força fictícia. Na verdade o que temos nestes casos é inércia. Está presente na: •Centrifugação de roupa na máquina de lavar. •Sensação que temos de sermos jogados para fora de uma curva quando o carro está muito rápido. 3aLei - Princípio da Ação e ReaçãoPrincípio da Ação e Reação "Para toda força que surgir num corpo como resultado da interação com um segundo corpo, deve surgir nesse segundo uma outra força, chamada de reação, cuja intensidade e direção são as mesmas daintensidade e direção são as mesmas da primeira, mas cujo sentido é o oposto da primeira." Par Ação e ReaçãoPar Ação e Reação •Possuem o mesmo módulo. •A mesma direção. •E sentidos contrários. •Atuam em corpos distintos (um corpo A exerce força •Atuam em corpos distintos (um corpo A exerce força em B e B reage sobre A). •São simultâneas. •São de mesma natureza, ou seja, campo/campo ou contato/contato. Forças de ContatoForças de Contato Força em um fio→ Tração ou Tensão. Forças de CampoForças de Campo *Note que as forças atuam em corpos distintos. FR = 0 => a = 0 2ª Lei de Newton: amFR rr .= Repouso (v=0) ou M.R.U.(V const. ≠0) P N F1F2 M.R.U.(V const. ≠0) N FF FR a Constante P F1F2 2ª Lei e a Força Peso(P)2ª Lei e a Força Peso(P) É a força com a qual um astro atrai um corpo. Depende da massa (m) do corpo, que é universal, e da aceleração da gravidade(g) do local. P = m.g Peso ≠ Massa *Lembre-se: gPOLOS > gEQUADOR, logo, PPOLOS>PEQUADOR *Não esqueça:gTERRA > gLUA, logo, PTERRA>PLUA Exemplo: Na figura abaixo, o bloco A desliza sem atrito sobre uma superfície horizontal. Determine a tração no fio que une os blocos. Dados: mA =80kg mB =20kg PA e NA se anulam T=?T=? a=? ***Note que PA e NA se anulam!!! P= m.g PB = 20.10 PB = 200 N A resultante sobre o sistema é o peso do corpo B, pois não há atrito se opondo ao movimento. A + B→ FR = m.a PB = (mA + mB) .a 200 = (80 + 20) .a 200 = 100.a N200 = 100.a a = 2 m/s2 A→ FR = m.a T = mA.a T = 80.2 => T = 160 N P N TA ElevadoresElevadores T FR = m.a T - P = m.a T – m.g = m.a P a T > P => PAP > P T = m.g + m.a PAP = m(g +a) *Note que a força necessária para segurar é igual a tração, que é o Peso Aparente. FR = m.a P - T = m.a m.g – T = m.a - T = m.a - m.g T = m.g - m.a T a T < P => PAP < P PAP = m(g -a) Generalizando: PAP = m.(g ±a) T = m.g - m.a P FORÇA DE ATRITO INTRODUÇÃO Consideremos um corpo sobre uma superfície horizontal, no qual atua uma força F horizontal, insuficiente para desloca-lo. F Como o corpo continua em repouso, a resultante das forças que atuam sobre ele deve ser nula. F Como pode ser observado, isto não poderia acontecer pois aparentemente, na direção horizontal, só existe a força F atuando no corpo. Então somos obrigados a admitir a existência de uma força oposta à tendência do movimento. Tal força é chamada de FORÇA DEmovimento. Tal força é chamada de FORÇA DE ATRITO Fat F Fat TIPOS DE FORÇAS DE ATRITO Há dois tipos de forças de atrito: atrito: ESTÁTICA e DINÂMICA Força de atrito ESTÁTICA É aquela que atua enquanto não ocorre movimento. Enquanto o atrito for estático, à medida em que aumentamos a força motriz F, a força de atrito ( F ) também aumenta, de modo a equilibrar a( Fat ) também aumenta, de modo a equilibrar a força motriz e impedir o movimento. Mas a força de atrito não cresce indefinidamente, existindo um valor máximo que é chamado de FORÇA DE ATRITO DE DESTAQUE ( FAD ). Força de atrito DINÂMICA É aquela que atua durante o movimento. Para iniciar o movimento, partindo do estado de repouso, é preciso que a intensidade da força motriz F seja superior à intensidade da FORÇA DE ATRITO DE DESTAQUE F .FORÇA DE ATRITO DE DESTAQUE FAD . Uma vez iniciado o movimento, a força de atrito estática deixa de existir, passando a atuar a força de atrito dinâmica, também contrária ao movimento, e de valor inferior ao da força de atrito de destaque. EXPRESSÕES MATEMÁTICA Fat = µµµµE . N ( corpo em repouso ) µµµµE ... Coeficiente de atrito estático.µµµµE ... Coeficiente de atrito estático. Fat = µµµµD . N ( corpo em movimento ) µµµµD ... Coeficiente de atrito dinâmico. OBS.: Quando o plano de apoio for horizontal, o peso P é igual a força normal N. P = N Fat = µµµµ . NFat = µµµµ . N Fat = µµµµ . P Fat = µµµµ . m . g ATENÇÃO: A força de atrito independe da área de contato entre as suas duas superfícies. O coeficiente µµµµ é adimensional (não tem unidade de medida) e depende apenas das superfícies de contato.das superfícies de contato. Exemplos: vidro com vidro: µ µ µ µ E = 0,94 ; µ µ µ µ D = 0,40 µ µ µ µ E = 0,94 ; µ µ µ µ D = 0,40 aço com aço: µ µ µ µ E = 0,74 ; µ µ µ µ D= 0,56 Corpo em repouso ou Movimento Uniforme FR = 0 F - Fat = 0 Corpo em M.U. V. FR = m . a F - Fat = m . a EXERCÍCIOS 1. Um corpo de peso igual a 200 N está em repouso sobre uma superfície horizontal em que os coeficientes de atrito estático e dinâmico valem, respectivamente, 0,4 e 0,3. Calcule a intensidade da força paralela ao plano capaz de fazer o corpo: a) Entrar em movimento b) Mover-se em movimento retilíneo uniforme Solução: a) b) Fat = µµµµE . P Fat = 0,40,40,40,4 . 200 Fat = 80 Ν80 Ν80 Ν80 Ν a) Fat = µµµµD . P Fat = 0,30,30,30,3 . 200 Fat = 60 Ν60 Ν60 Ν60 Ν b) 2. Um carro de 900 kg, andando a 72 Km/h, freia bruscamente e pára em 4 s. a) Qual o módulo da aceleração do carro? b) Qual o módulo da força de atrito que atua sobre o carro? Solução: V = Vo + a .t a) b) 72 km/h : 3,6 = 20 m/s 0 = 20 + a. 4 - 4a = 20 Fat = FR FR = m . a FR = 900 . 5 b) a = 20 : ( : ( : ( : ( −−−− 4)4)4)4) a = −−−− 5 a = | −−−− 5 | a = 5 m/s2 FR = 4500 N 3. Um bloco de 20 kg é arrastado por uma força F horizontal e constante, cuja intensidade é de 160 N, conforme a figura. Sabe-se que a velocidade é mantida constante. Dado g = 10 m/s2, calcule o coeficiente de atrito entre o bloco e a superfície de apoio, também horizontal. Solução: F = µ . µ . µ . µ . P v F = Fat (p/ a velocidade constante) F = µ . µ . µ . µ . P F F = µ . µ . µ . µ . m . g 160 = µ . µ . µ . µ . 20 . 10 160 = µ . µ . µ . µ . 200 160 : 200 = µµµµ 0,8 = µµµµ µµµµ = 0,8 4. No sistema esquematizado, os blocos A e B estão sobrepostos. Há um fio ideal que prende o bloco A à parede rígida. São dados: Coeficiente de atrito entre A e B: µµµµAB = 0,20; Coeficiente de atrito entre B e o plano P: µµµµBP = 0,30; Massa de A : mA = 5 kg; Massa de B : mB = 15 kg; g = 10 m/s2 .g = 10 m/s2 . a) Qual é intensidade de tração no fio ? b) Que intensidade deve ter a força F para que o bloco B receba a aceleração de 1 m/s2 ? Solução: F A B plano P T = Fat = µ . µ . µ . µ . m . g T = µ . µ . µ . µ . m . g T = 0,2 . . . . 5 . 10 T = 10 N a) T = ? 4. No sistema esquematizado, os blocos A e B estão sobrepostos. Há um fio ideal que prende o bloco A à parede rígida. São dados: Coeficiente de atrito entre A e B: µµµµAB = 0,20; Coeficiente de atrito entre B e o plano P: µµµµBP = 0,30; Massa de A : mA = 5 kg; Massa de B : mB = 15 kg; g = 10 m/s2 .g = 10 m/s . b) Que intensidade deve ter a força F para que o bloco B receba a aceleração de 1 m/s2 ? Solução: F A B plano P FR = m . a F – 10 – 60 = 15 F = 15 + 10 +60 b) F = ? F – Fat(AB) – Fat(AB) = m . a F – 10 – 0,3 . (5+15) . 10 = 15 . 1 F = 85 N PLANO INCLINADO (Px) (Py) EXERCÍCIOS 1. Um corpo com massa de 4,0 kg desce uma rampa com inclinação de 30o. Não havendo atrito entre o corpo e a rampa, calcule a aceleração de descida do corpo. (Adote g = 10 m/s2) 2. (SANTA CASA-SP) - Dois corpos A e B são encostados um ao outro e abandonados do repouso sobre um plano inclinado com o qual o atrito é desprezível. O ângulo do plano inclinado com o horizonte é θ. A aceleração da gravidade é g. As massas dos corpos A e B são respectivamente iguais a mA e mB. Determinar a intensidade das forças trocadas entre A e B na parede de contato entre eles. 3. (FUND. CARLOS CHAGAS) - Dois blocos A e B, de massas mA = 2,0 kg e mB = 3,0 kg, ligados por um fio, são dispostos conforme esquema abaixo, num local onde a aceleração da gravidade vale 10 m/s2. Desprezando os atritos e considerando ideais a polia e o fio, calcule a intensidade da força tensora no fio.
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