Experiência 9 Coeficiente de atrito

Prévia do material em texto

1 
 
Física Experimental 1 
Experiência 9 
COEFICIENTE DE ATRITO 
OBJETIVO 
Reconhecer, por extrapolação, a primeira lei de Newton; 
Mencionar que a força é o agente capaz de modificar o estado de repouso ou de movimento 
de um corpo; 
Comparar atrito estático com o atrito cinético; 
Classificar as forças de atrito. 
MATERIAL 
1 corpo de prova de madeira com uma de suas faces revestida; 
1 dinamômetro de 2 N. 
 
Execute a montagem conforme a Figura 1, deixando a face revestida do corpo de prova em contato com 
a superfície da mesa. 
 
 
 
 
 
 
 
  Fig. 1 
 
Com o corpo de prova sobre a mesa e mantendo o dinamômetro paralelo à superfície, aplique uma 
força de 0,2 N sobre o móvel. 
1. O corpo de prova se moveu sob a ação da força de 0,2 N? 
2. Aumente a intensidade da força de 0,2 N em 0,2 N completando a Tabela 1. 
 
Superfícies em contato 
Tampo da mesa e esponja 
  Superfícies em contato 
Tampo da mesa e madeira 
Força aplicada  
Em (N) 
Ocorrência ou não de 
movimento 
(sim) ou (não) 
 Força aplicada  
Em (N) 
Ocorrência ou não de 
movimento 
(sim) ou (não) 
0,2      0,2   
0,4      0,4   
0,6      0,6   
0,8      0,8   
1,0      1,0   
1,2      1,2   
1,4      1,4   
1,6      1,6   
  Tabela 1  Tabela 2 
 
2 
 
Observe que o movimento relativo de deslizamento, entre as superfícies em contato, só ocorre para 
valores da força aplicada acima de certo limite.  
3. Qual foi o valor aproximado da menor força aplicada capaz de iniciar o movimento entre as 
superfícies esponjosa do corpo de prova e a superfície da mesa? 
 
Vire o corpo de prova deixando agora sua superfície maior de madeira em contato com a mesa. 
4. Procedendo como anteriormente, complete a Tabela 2. 
5. Estime o valor da menor força requerida para mover o bloco. 
 
Compare suas respostas nos itens 3 e 5 e procure justificar a diferença. 
 
Pelas leis da mecânica newtoniana, “um corpo em repouso, assim permanecerá, a menos que uma 
força resultante externa venha a atuar sobre o mesmo”. 
• Nos dois casos anteriores, você tentou tirar o bloco do repouso aplicando forças externas paralelas 
às superfícies em contato. Justifique o fato das forças externas iniciais, dentro de um certo limite, não 
terem conseguido movimentar o corpo de prova? 
 
 Segundo suas observações, o que você deve admitir para justificar uma resultante externa nula no 
intervalo inicial em que a força aplicada não foi capaz de mover o corpo de prova? 
 
 Esta força resistente, além de contrariar a força externa que tende a deslocar o corpo de prova, 
também acompanha o seu aumento modular até um certo valor máximo, a partir deste valor máximo, 
qualquer acréscimo dado à força aplicada surge como força resultante e desloca o móvel, tirando as 
superfícies em contato do seu repouso relativo. 
• A força de atrito estático. 
Sempre que houver tendência ao movimento relativo entre quaisquer superfícies em contato 
inicialmente em repouso, se verifica a presença desta força que se opõe ao movimento, denominada 
força de atrito estático (fe). O valor máximo da Fe equivale ao módulo da menor força aplicada 
necessária para iniciar o movimento relativo entre as superfícies que se tocam, logo: 
 
fe máxima = f mínima para iniciar o movimento 
 
A força de atrito em relação à área de contato. 
Devido à impossibilidade de se obter superfícies perfeitamente polidas e sem forças de coesão 
moleculares nas poucas regiões pontuais, efetivamente em contato (grande responsáveis pela força de 
atrito) é inviável se buscar o relacionamento entre a fe e a área real de contato entre as superfícies. 
 
Sob as seguintes condições, bastante difíceis, referentes as duas superfícies a serem testadas, 
se verificaria pouca variação na força de atrito em relação à área de contato: 
• secas, 
• não lubrificadas, 
• indeformáveis, 
• uniformemente acabadas, 
• adicionando os cuidados de que durante os ensaios devam ocorrer: 
• controle de umidade, 
• isenção de formação de películas superficiais, 
• isenção de contaminações, 
• controle da temperatura das superfícies, etc. 
3 
 
Na maioria das atividades as condições de trabalho não obedecem estas condições e as diferenças 
devido às variações na área de contato efetivo podem chegar a valores “alarmantes”. 
Experimente! 
Da Vinci, Leonardo (1452 ‐ 1519). 
• Leonardo Da Vinci ‐ pintor, escultor, arquiteto e engenheiro, ícone dos talentos versáteis da Itália do 
Renascimento. 
 
A lei empírica de Leonardo Da Vinci sobre o atrito. 
 
A lei empírica de Leonardo Da Vinci sobre o atrito: “A força de atrito independe da área de contato” é 
aceita devido à proporcionalidade existente entre a área efetiva e a força normal N, atuante nos pontos 
de contato entre as duas superfícies que buscam o movimento relativo. 
 
O coeficiente de atrito estático. 
 
Deste modo, se utiliza a proporcionalidade existente entre o módulo da força mínima aplicada para 
iniciar o movimento relativo entre as superfícies (fmin) e o módulo da força normal N, para determinar o 
número μe denominado coeficiente de atrito estático. 
μe = fmin / N 
O coeficiente de atrito estático μe (que informa o grau de atrito entre as superfícies em estudo) 
depende: 
• da natureza destas superfícies, 
• das forças de adesão eletromagnética nos pontos em que as superfícies se tocam, 
• de quão ásperas são as superfícies, 
• da umidade existente, 
• do nível de contaminação, etc. 
 
A soldagem a frio. 
Existem casos onde as superfícies envolvidas são metálicas e super polidas que, quando postas em 
contato, as forças de adesão são tão grandes que se prendem uma à outra de tal forma que o processo 
é conhecido como solda a frio. 
 
Segundo o exposto acima podemos escrever: 
Força mínima para o movimento relativo = força máxima de atrito estático. 
Fmin = μe N        logo:       Fe ≤ μe N 
Nas atividades em que o móvel em repouso se encontra sobre uma sustentação horizontal, a força 
normal N coincide com a força peso P. 
• Determine o valor da força normal N que atua sobre o corpo de prova utilizado neste experimento. 
 Com base na Tabela 2, determine o valor médio da fe máxima entre a superfície de madeira e a 
superfície da mesa. 
• Calcule o valor aproximado do μe entre as superfícies de madeira do corpo de prova e a superfície da 
mesa. 
Caso déssemos um empurrão no corpo de prova, com a parte esponjosa em contato com a mesa e 
depois, com a sua superfície de madeira para baixo, em qual das situações o bloco para primeiro? 
Justifique a sua resposta. 
Extrapole sua resposta anterior, para o caso ideal de não existir qualquer tipo de atrito entre as 
superfícies. 
• Que tipo de movimento o móvel executaria neste caso ideal de ausência de atrito? 
 
4 
 
Newton, Sir Isaac (1643‐1727). 
Sir Isaac Newton, foi um físico e matemático inglês. 
 
O atrito versus a primeira lei de Newton para o movimento. 
 
Discuta a validade da seguinte 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 a primeira lei de Newton para o movimento. 
Chamamos de módulo da força de atrito estático máxima ao valor da menor força necessária para 
iniciar o movimento. 
 
A força de atrito cinético. 
 
Uma vez começado o movimento do corpo, a força necessária para mantê‐lo em MRU, anulando a força 
de atrito é menor.  Esta força que atua entre as superfícies que se deslocam em movimento relativo, 
uma sobre a outra, é denominada de força de atrito cinético e é representada por fc. 
 Puxe o corpo de prova com a sua superfície de madeira em contato com a mesa, procurando manter 
uma velocidade baixa e constante. 
Durante o deslocamento do corpo de prova anote o valor da força aplicada. 
• Refaça 5 vezes a operação e, para cada caso, anoteo valor encontrado. 
• Determine a média dos valores encontrados. 
 
A expressão    fc = μc.N    vincula a força de atrito cinético com a força normal às superfícies em 
movimento relativo. Identifique cada termo desta expressão. 
 
Determine o valor médio da fc e , a partir desta, calcule o valor provável do μc entre as superfícies 
da mesa e a da face esponjosa do corpo de prova. 
 É válido se afirmar que o valor do μc entre os pneus de um carro e o asfalto é constante? Justifique 
a sua resposta. 
 
• Este valor seria o mesmo em dias chuvosos? Justifique a sua resposta. 
 
 Comente duas vantagens da presença do atrito. 
 
Exemplo: O atrito é que nos permite mexer o alimento no interior de uma panela, etc. 
 
 Cite duas desvantagens da presença de atrito. Justificando cada caso.