RELATORIO DE FISICA I NOÇÕES SOBRE FORÇAS DE ATRITO

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UNIVERSIDADE CATÓLICA DO SALVADOR
ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL
FISICA GERAL E EXPERIMENTAL I
BRUNO SILVA SANTOS
NOÇÕES SOBRE FORÇAS DE ATRITO
CONFIRMAÇÃO DA PRIMEIRA LEI DO MOVIMENTO DA MECÂNICA 
E
MÁQUINA SIMPLES: FORÇAS DE ATRITO ATUANTES NUM MÓVEL SITUADO SOBRE UMA RAMPA
SALVADOR
2017
SUMÁRIO
	
INTRODUÇÃO
Este relatório é constituído por um embasamento teórico referente ao experimento sobre noções de forças de atrito, especificamente, um deslizamento onde um corpo movido por uma energia externa desliza sobre outro e sofre uma ação contrária e paralela ao movimento realizado, denominada força de atrito.
“A força de atrito corresponde a força exercida entre duas superfícies que estão em contato. Dessa forma, a força atrito possui direção, sentido e módulo, sendo uma força de oposição à tendência do escorregamento.” (Artigo revisado em 28/08/17, publicado no site: https://www.todamateria.com.br/forca-de-atrito/).
Neste relatório se retrata sobre dois experimentos, o primeiro sobre a força de atrito em uma superfície plana, no qual puxa-se um corpo de prova de madeira e mede-se a força necessária para tira-lo do repouso, confirmando a primeira lei do movimento da mecânica.
Outrora o segundo se retrata também sobre forças de atrito, porem num móvel situado sobre uma rampa, onde se encontra devido a inclinação as forças de atrito estático e cinético em atuação.
 FORÇA DE ATRITO
2.1 FORÇA DE ATRITO EM SUPERFÍCIE PLANA (MESA).
A força de atrito em física, é a força contrária ao movimento e atua assim que dois corpos entram em contato. Sem essa força produzida através do contato entre as superfícies, seria impossível que, o pneu do carro tivesse aderência ao asfalto por exemplo. Pois o pneu rodaria no mesmo lugar independente da velocidade do mesmo. 
Porém, a força de atrito depende diretamente da força normal (N), que quanto maior, maior será a força de atrito.
Figura 1. Força de Atrito.
Fonte: http://slideplayer.com.br/slide/277987/
Somente quando um corpo sofrer ação de uma força que o “empurre”, ele entrará em movimento (Primeira Lei da Mecânica, conhecida como Princípio da Inércia). Porém esta força só poderá impulsionar o objeto, se existir uma força de atrito, a qual se manifesta em sentido contrário ao movimento e acompanha o aumento da força aplicada no objeto até seu valor máximo, e a partir daí qualquer acréscimo a essa força ocasionara no deslocamento do objeto, retirando-o do estado de repouso.
A força de atrito pode ser estática ou dinâmica.
De acordo com TEIXEIRA (2017, p. 1)
Imagine que o bloco da figura acima esteja em repouso, mas deseja-se colocá-lo em movimento. Inicialmente se aplica uma força F, porém, ele continua em repouso, pois a força de atrito aumentará conforme se aumenta a intensidade da força F. Enquanto o bloco, mesmo sob a ação dessa força, continua em repouso, a força de atrito é denominada estática. Existe um determinado valor de F em que o bloco fica na iminência de movimento. Nesse ponto, a força de atrito é máxima e recebe o nome de força de atrito estático máxima. O movimento somente iniciará quando a força F for superior a essa força.
Quando o movimento iniciar-se, o objeto ficará sujeito à força de atrito dinâmico ou cinético, que somente atua se o corpo estiver movendo-se e no sentido contrário ao movimento do objeto.
Figura 2. Comportamento da força de atrito.
Fonte: Roteiro de Física Experimental I – UCSAL.
2.2 FORÇA DE ATRITO EM SUPERFÍCIE INCLINADA (RAMPA).
De acordo com Halliday: 
“A força de atrito estático Fate é dada pelo produto do coeficiente de atrito estático µe com a normal N: Fate = µe.N. E a força de atrito cinético Fatc é dada pelo produto do coeficiente de atrito cinético µc com a normal N: Fatc = µc.N
Deste modo, podemos observar que, para um objeto não deslizar em um plano inclinado, o coeficiente de atrito estático tem de ser maior que o valor da tangente do ângulo θ. Isto pode ser obtido isolando o coeficiente de atrito estático da expressão para a força de atrito estático. 
Veja:µe = Fate/N
Quando o móvel está na iminência de deslizar, a força de atrito estático é igual ao valor da força Px.
Se: Px = Fate, então: Fate = P.senθ
Sabendo que, Py = N, que equivale à relação N = P.cosθ
O coeficiente de atrito estático então é dado por: µe = P.senθ/P.cosθ -> µe = senθ/cosθ
Como: Tgθ = senθ/cosθ, então: µe = tgθ
Como queríamos demonstrar. Procede-se da mesma forma para obter o coeficiente de atrito cinético para o qual o objeto desliza neste plano com velocidade constante.”
2.3 COEFICIENTE DE ATRITO
O coeficiente de atrito é um coeficiente que não tem propriedade física para defini-lo (admensional), e demonstra a contradição entre as superfícies de dois materiais ou corpos em contato ao deslizar um em relação ao outro. E é representado através da letra grega μ (mi).
O valor do coeficiente de atrito é característico de cada par de materiais, e não uma propriedade intrínseca do material. Varia de acordo com diversos fatores tais como a temperatura, a velocidade relativa entre as superfícies, o acabamento das superfícies em contato, etc…
Normalmente identificam-se dois valores:
Coeficiente de atrito estático (μe): Medição feita no momento que as duas superfícies estão em repouso.
Coeficiente de atrito dinâmico (μd): Medição feita no momento em que uma ou ambas as superfícies estão em movimento.
Obs.: O coeficiente de atrito dinâmico (μd) é sempre menor que o coeficiente de atrito estático (μe), devido a força aplicada no material ser maior do que a força que o mantém parado.
OBJETIVOS
- Confirmar por extrapolação a 1ª Lei de Newton, do movimento;
- Concluir que a força é o agente capaz de modificar o estado de repouso ou de movimento de um corpo; 
- Concluir sobre a validade da 1ª Lei de Newton; 
- Comparar atrito estático e atrito cinético; 
- Classificar as forças de atrito.;
- Compreender conceitualmente atrito estático e atrito cinético;
- Compreender a atuação das forças de atrito estático e cinético.
MATERIAIS NECESSÁRIOS
Materiais necessários para os procedimentos 01 e 02, correspondentes ao roteiro 8 (Superfície plana).
	ITEM
	EQUIPMENTO / MATERIAL
	QUANTIDADE
	01
	Dinamômetro com capacidade de 2 N
	01
	02
	Bloco de madeira
	01
	03
	Anel com fio de poliamida
	01
Materiais necessários para o procedimento 03, corresponde ao roteiro 9 (Superfície inclinada).
	ITEM
	EQUIPMENTO / MATERIAL
	QUANTIDADE
	01
	Bloco de madeira
	02
	02
	Base para plano inclinado
	01
	03
	Plano inclinado Aragão
	01
	04
	Sapatas niveladoras
	01
	05
	Rampa auxiliar
	01
	06
	Dinamômetro com capacidade de 2N
	01
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
 PROCEDIMENTO 01 (SUPERFÍCIE PLANA)
Executamos a montagem conforme a Figura 2, deixando a face esponjosa do bloco de madeira em contato com a mesa.Figura 2. Bloco de madeira articulado com o dinamômetro.
Fonte: Roteiro de Física Experimental I – UCSAL.
Com o bloco de madeira em repouso relativo à mesa e mantendo o dinamômetro paralelo à superfície da mesma, aplicou-se uma força de 0,2 N sobre o bloco. Porém não houve movimento do mesmo.
Aumentamos, gradativamente, a intensidade da força aplicada sobre o bloco de madeira em 0,2 N e completamos a Tabela 1 com a resposta solicitada no item 2.3 do roteiro para cada valor da força aplicada.
Tabela 1. Ocorrência ou não de movimento.
	Superfícies em contato
	Tampo da mesa e esponja
	Força aplicada em (N)
	Ocorrência de movimento (sim) ou (não)
	0,2
	Não
	0,4
	Não
	0,6
	Não
	0,8
	Não
	1,0
	Sim
	1,2
	Sim
	1,4
	Sim
	1,6
	Sim
Fonte: Roteiro de Física Experimental I - UCSAL, editada pelo autor.
Observarmos que o movimento relativo de deslizamento entre as superfícies envolvidas somente ocorre para valores acima de certo limite da força aplicada ao bloco de madeira.
O Valor aproximado da menor força aplicada capaz de iniciar o movimento do blocode madeira entre as superfícies esponjosa (do bloco) e a da mesa foi 1,0N conforme Tabela 1.
 PROCEDIMENTO 02 (SUPERFÍCIE PLANA)
Viramos o bloco de madeira deixando a sua superfície de madeira sem esponja em contato com a superfície da mesa.
Executamos como indicado no Procedimento 01 e preenchemos a Tabela 2.
Tabela 2. Ocorrência ou não de movimento.
	Superfícies em contato
	Tampo da mesa e esponja
	Força aplicada em (N)
	Ocorrência de movimento (sim) ou (não)
	0,2
	Não
	0,4
	Sim
	0,6
	Sim
	0,8
	Sim
	1,0
	Sim
	1,2
	Sim
	1,4
	Sim
	1,6
	Sim
Fonte: Roteiro de Física Experimental I - UCSAL, editada pelo autor.
O Valor aproximado da menor força aplicada capaz de iniciar o movimento do bloco de madeira entre as superfícies de madeira do bloco e a da mesa foi 0,2N conforme Tabela 2.
 PROCEDIMENTO 03 (SUPERFÍCIE INCLINADA)
Determinamos, com o auxílio do dinamômetro, o peso PM do bloco de madeira. Pm= 1,74N.
Montou-se o equipamento conforme a Figura 3 abaixo, vale ressaltar que a rampa auxiliar “abraça” os trilhos e é fixada com o conjunto de parafusos “A”.
Figura 3. Rampa e bloco de madeira para montagem.
Fonte: Roteiro de Física Experimental I – UCSAL.
Com o bloco de madeira (parte esponjosa do eixo cartesiano X para baixo) sobre a rampa auxiliar, inclinamos a rampa em 15º, porém, devido a força de atrito entre as duas superfícies serem maior do que a força peso (P) na direção Px.
Repetimos o experimento aumentando o angulo de inclinação tanto para a superfície de madeira, quanto para a esponjosa e os ângulos de ocorrência de movimento constante foram respectivamente 29º e 39º.
Elaboramos um desenho esquemático (Figura 4) com o diagrama das forças atuantes sobre o bloco de madeira, considerando o valor do ângulo de ocorrência de movimento. 
Figura 4. Diagrama de forças atuantes no bloco
Fonte: Próprio autor.
RESULTADOS E ANÁLISES
Comparando as respostas dos procedimentos 01 e 02 percebe-se que a força aplicada para iniciar o movimento foi menor quando a superfície de madeira sem esponja esteve em contato com a mesa, isso porque o coeficiente de atrito entre a superfície de madeira e a mesa é menor do que a superfície esponjosa e a mesa.
De acordo com a Primeira Lei de Newton: “Um corpo em repouso assim permanecerá a menos que uma força resultante externa venha a atuar sobre ele”.
Observa-se que nas primeiras forças aplicadas paralelamente a superfície de contato o bloco não se move, pois, a força de atrito continua maior ou igual as forças aplicadas.
Encontramos a força normal (N) que coincide com a força peso do bloco de madeira: 1,85N.
Com base na Tabela 2, foi determinado o valor médio para a fe máximo entre a superfície de madeira e da mesa: 0,4N.
Determinamos também o valor aproximado do µe entre as superfícies de madeira do corpo de prova e da mesa, que é encontrado através da equação F=µ.m.g.
Valor médio do µe= 2,235x10-4 .
No procedimento 03, feito na rampa, percebemos que a superfície de madeira tem um coeficiente de atrito menor do que a superfície esponjosa, pois o angulo de inclinação para a ocorrência de movimento da primeira é menor do que a segunda.
Considerando o diagrama da figura 4 podemos validar as seguintes expressões:
N = P.cosα e Fe = P.senα
Como Fe = µe.N, e considerando as expressões acima, prova-se que: µe = tgα
A partir do ângulo de ocorrência de movimento (29º e 39º) e da expressão acima calculamos o valor do coeficiente de atrito estático (µe) existente entre as superfícies de madeira e esponjosa e a da rampa, 0,55 e 0,81 respectivamente.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Percebemos que não é valido afirmar que o valor do µe entre as duas superfícies (madeira e mesa) pode ser tabelado, pois tem coeficientes de atrito distintos. Outra consideração a ser feita é que se empurrássemos o bloco com ambas as superfícies voltadas para a mesa, a superfície esponjosa pararia primeiro, pois o seu atrito com a mesa é maior do que a superfície de madeira, e neste caso ideal o corpo de prova executaria o Movimento Retilíneo Uniforme (MRU).
A partir dos experimentos 01 e 02 fica validada a afirmação: “Um corpo em repouso ou em Movimento Retilíneo e Uniforme assim permanecerá a menos que uma força resultante externa venha a atuar sobre ele” (Esta afirmação é conhecida como Primeira Lei de Newton).
Já no procedimento 03 fica o questionamento se o valor do µe poderá ser tabelado como valor fixo para as superfícies envolvidas, o que não pode ser valido, pois, o coeficiente depende do estado dos materiais e da força aplicada sobre eles.
A força de atrito pode trazer vantagens como:
A possibilidade de caminhar e a aderência dos freios dos veículos no asfalto.
Porém encontramos algumas desvantagens: 
No interior do motor o atrito provoca o desgaste das peças e para diminuir o atrito utilizam-se lubrificantes. O atrito do ar opõe-se ao movimento dos corpos (ex.: carros, etc). Para diminuir o atrito utilizam-se formas aerodinâmicas (ex.: formas em cunha “cortar o ar”). Força estática cinética.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ELETRONPI. Acervo da biblioteca. Disponível em: 
<TEIXEIRA, Mariane Mendes. "Força de atrito"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/forca-atrito.htm>. Acesso em 31 de outubro de 2017.
<http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/fa.php>. Acesso em 31 de outubro de 2017.
<http://www.fisica.ufpb.br/~romero/pdf/06_forca_de_atrito.pdf>. Acesso em 02 de novembro de 2017.
< https://www.todamateria.com.br/forca-de-atrito/>. Acesso em 03 de novembro de 2017.
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