Confirmação da Primeira Lei do Movimento de Newton e Noções sobre Forças de Atrito

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DISCIPLINA
	FISICA EXPERIMENTAL - ENGENHARIA ELETRICA
	PROFESSOR
	
	
	
	TURMA
	NB-2
	CÓDIGO DA TURMA
	
	PONTUAÇÃO:
	
	ALUNO
	
	ALUNO
	
	
	
	SALA: 323
	DATA: 22/11/2017
FACULDADE MAURÍCIO DE NASSAU
DIREÇÃO ACADÊMICA
NÚCLEOS DE SAÚDE, HUMANAS E ENGENHARIAS
UNIDADE DE CAMPINA GRANDE
 Confirmação da Primeira Lei do Movimento de Newton e Noções sobre Forças de Atrito
Campina Grande - PB
Novembro - 2017
Confirmação da Primeira Lei do Movimento de Newton e Noções sobre Forças de Atrito
Trabalho realizado para a Faculdade Maurício de Nassau, campus Campina Grande, para obtenção de nota complementar na disciplina de Física Geral e Experimental.
Professor Jorge Luiz Beja
 
 Resumo: Este relatório constitui na confirmação da Primeira Lei de Newton, ou lei da Inércia, diz que a tendência dos corpos, quando nenhuma força é exercida sobre eles, é permanecer em seu estado natural, ou seja, repouso ou movimento retilíneo e uniforme. Utilizado de um corpo de prova de madeira com superfícies distintas de rugosidade e um dinamômetro o experimento objetivou o estudo de tal força externa exercida aos corpos, derivada das forças de atrito entre o corpo e a superfície, concluindo que ela é o agente capaz de modificar o estado de repouso ou de movimento de um corpo. 
Introdução teórica 
Primeira Lei de Newton (Lei da Inércia) 
 No século IV A.C – Aristóteles formulou uma teoria que foi aceita até a época do renascimento (século XVII), onde se acreditava que: 
“Um corpo só pode permanecer em movimento se existir uma força atuando sobre ele”. 
 Só que Galileu mostrou que tal teoria era errada, fazendo experimentos mais rigorosos e maior precisão. Chegouse a conclusão que Aristóteles não havia considerado o atrito sofrido pelo corpo, desta forma refez a teoria que sinteticamente dizia que: 
“Se um corpo está em repouso ele irá permanecer neste estado até que uma força externa seja aplicada neste corpo” 
“Se um corpo está em movimento uniforme este permanecerá em movimento até que uma força mude isso”. 
 Muitos anos mais tarde Newton ao formular sua teoria sobre as Leis da Mecânica, anunciou sua primeira lei, conhecida como a Lei da Inércia, que baseada nas conclusões de Galileu, dizia: 
 Por inércia, um corpo em repouso tende a continuarem repouso (Ex: por isso que quando uma pessoa está em pé dentro de um ônibus e este “dá uma arrancada” brusca, esta pessoa é jogada para trás, pois tende a permanecer parada).
 Por inércia, um corpo que está se movendo tende a continuar em movimento (ex: um motoqueiro é arremessado de sua moto quando pára repentinamente, pois o motoqueiro permanece em movimento). 
Daí se tem a idéia de equilíbrio estático (corpo que está em repouso para um determinado referencial)
A força de atrito deve-se a pequenas rugosidades que existem entre as superfícies e que são imperceptíveis macroscopicamente. Observe na figura:
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 Equilíbrio Cinético (ou dinâmico) (corpo está em um movimento retilíneo uniforme e na ausência de forças ou as forças que atuam sobre este corpo se anulam). 
 
Atrito 
 Atrito é a componente horizontal da força de contato que atua sempre que dois corpos entram em choque e há tendência ao movimento. Essas forças de atrito possuem uma grande importância nos processos que ocorrem na Natureza. Elas se originam nas superfícies de contato entre dois corpos. Define-se a força de atrito como uma força de oposição à tendência do escorregamento. Tal força é gerada devido a irregularidades entre as duas superfícies questão em contato. 
 Coeficiente de Atrito 
 Coeficiente de atrito é um coeficiente adimensional que expressa a oposição que mostram as superfícies de dois corpos em contato ao deslizar um em relação ao outro. Usualmente é representado com a letra grega μ. 
 O valor do coeficiente de atrito é característico de cada par de materiais, e não uma propriedade intrínseca do material. Depende de muitos fatores tais como o acabamento das superfícies em contato, a velocidade relativa entre as superfícies, etc. 
 Usualmente se distingue dois valores: 
  Coeficiente de atrito estático (μe): É medido quando ambas as superfícies estão em repouso (sem mover-se). 
  Coeficiente de atrito cinético (μc): É medido quando uma ou ambas as superfícies estão em movimento (pode mover-se apenas uma ou as duas). 
Força de Atrito 
 Por mais lisa que uma superfície seja, ela nunca será totalmente livre de atrito. Sempre que aplicarmos uma força a um corpo, sobre uma superfície, este acabará parando. É isto que caracteriza a força de atrito: 
 Opõe-se ao movimento; 
 Depende da natureza e da rugosidade da superfície (coeficiente de atrito); 6
 É proporcional à força normal de cada corpo; 
 Transforma a energia cinética do corpo em outro tipo de energia que é liberada ao meio. 
A força de atrito é calculada pela seguinte relação: 
Fat = µ.N 
Onde: 
μ: coeficiente de atrito (adimensional) 
N: Força normal (N). 
Onde N e igual a força Peso então: P = m.g 
P: força Peso [N] 
m: massa [kg] 
g: gravidade [9,8 m/s2] 
Atrito Estático e Cinético 
 Quando empurramos um carro, é fácil observar que até o carro entrar em movimento é necessário que se aplique uma força maior do que a força necessária quando o carro já está se movimentando. Isto acontece, pois existem dois tipos de atrito: o estático e o cinético. 
Atrito Estático 
 É o atrito que atua enquanto o corpo está em repouso. 
 Este atrito foi estudado pela primeira vez pelo cientista francês Coulomb (1736-1806). Ele pegou um corpo em repouso e sobre ele foi efetuando uma força com o intuito de movimentá-lo. Sob a ação desta força a superfície reagia exercendo sobre o corpo uma força de atrito. Nos primeiros instantes Coulomb percebeu que o corpo não se movimentava porque a força equilibrava o sistema, de acordo com a 1ª Lei de Newton. Mas, depois de continuar exercendo força, o físico conseguiu fazer o corpo se movimentar. Coulomb determinou experimentalmente que a força estática de atrito máxima é igual ao valor da força mínima para ele se movimentar: Fe máxima = F mínima para iniciar o movimento. 
 Desta maneira a força de atrito varia de zero (quando não há solicitação de movimento) até um valor máximo, chamado de Força de atrito estático ou Força de atrito de destaque (arranque). 
 Por estas experiências, Coulomb estabeleceu algumas leis: 
 A força de atrito estático é independente da área de contato entre as duas superfícies; 
 A força de atrito estático é dependente da natureza das superfícies de contato; 7
 A força de atrito estático é proporcional à força normal (perpendicular às superfícies). 
Então: 
Fest = µest.N 
Onde: 
μest: coeficiente de atrito estático 
N: Força normal (N) 
 Atrito Cinético ou Dinâmico 
 Atrito cinético é quando há movimento relativo entre os corpos. Existem dois tipos de atritos cinéticos: o de deslizamento ou escorregamento e o de rolamento. O primeiro é quando uma superfície escorrega sobre a outra sem que nenhum dos dois gire, e o de rolamento é quando um dos dois gira, como o movimento de uma roda. É claro que em algumas situações podem existir os dois tipos de atritos dinâmicos ao mesmo tempo.
 No atrito de deslizamento, para iniciar movimento temos que ter uma força mínima maior que a força de atrito de destaque, mas para manter este mesmo corpo em movimento é preciso uma força menor que a força de atrito de destaque. Esta força menor é chamada de força de atrito cinético e tem as seguintes características: 
 É menor que a força deatrito estático para as mesmas superfícies; 
 É independente das áreas de contato; 
 Para velocidades não muito altas é independente da velocidade; 
 É proporcional à reação normal de apoio. 
Então:
Fcin = µcin.N 
Onde: 
μest: coeficiente de atrito cinético 
N: Força normal (N) 
 Um exemplo deste fenômeno é quando empurramos um carro, inicialmente em repouso. Primeiramente exercemos uma força grande até o carro iniciar movimento, mas depois exercemos uma força menor para mantê-lo em movimento. 
 Para um par de superfícies de mesmo material, o coeficiente de atrito cinético é menor que o estático. A força de atrito cinético varia com a velocidade. Para velocidades pequenas ela tem um valor constante. 8
 Quando resolvemos exercícios que não especifica se o coeficiente de atrito é dinâmico ou estático, supomos que μc=μe. O coeficiente de atrito permite saber se a superfície exerce pouca ou muita resistência ao movimento. Quanto maior o coeficiente de atrito, maior será a aspereza da superfície. 
Procedimento Experimental 
 Material utilizado 
Para a realização do experimento é necessário os seguintes materiais: 
1. Um dinamômetro de 2N – 7702. C. 
2. Um anel com fio inextensível 
3. Um corpo de prova (bloco) de madeira com uma das superfícies distintas (esponjosa).
4. Uma mesa com superfície “lisa”. 
5. Balança digital para medir a massa do bloco de madeira 
 Procedimento 
 Com o bloco de madeira em repouso relativo á mesa com a superfície esponjosa virada para baixo e mantendo o dinamômetro paralelo a superfície da mesa conforme mostra na figura 3 abaixo. Aplique forças de arraste sobre o móvel visualizando seus valores no dinamômetro. 
Dados:
Massa: 94g
Gravidade da terra : 9,81 m/s²
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PESAGEM DO CORPO DE PROVA
P = M.G
P = 94. 1094. 10-3.9,81 = 0,9221 N
PESAGEM DO CORPO DE PROVA NO DINAMÔMETRO
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Pd = (0,8 + 4.0,02)
Pd = 0,88N
Definindo o fator de ajuste:
K = P ÷ Pd
K = 0,9221 ÷ 0,88
K = 1,048
CALCULAR A FORÇA DE ATRITO NA SUPERFÍCIE POROSA
FORÇA DE ATRITO DESTAQUE
FATdest. = (0,8 + 6.0,02). 1,048
FATdest. = 0,92 . 1,048
FATdest. = 0,9642 N
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CALCULAR O COEFICIENTE DE ATRITO
FATdest. = µE . FN
0,9642 = µE . 0.9221
µE = 1,045
CALCULAR A FORÇA DE ATRITO DINÂMICO DA SUPERFICIE POROSA
FATdest = (0,8 + 4.0,02).1,048 
FATdest = 0,88 . 1048
FATdest = 0,9222N
CALCULAR O COEFICIENTE DE ATRITO CINETICO DA SUPERFICIE POROSA
FAT(c) = µc . N
0,9222 = µc . 0,9221
µc = 0,999
CALCULAR A FORÇA DE ATRITO NA SUPERFÍCIE LISA
FORÇA DE DESTAQUE
FATdest. = (0,2 + 5. 0,02) . 1,04812
FATdest. = 0,3 . 1,048
FATdest. = 0,3144 N
CALCULAR O COEFICIENTE DE ATRITO
FATdest. = µE . FN
0,3144 = µE . 0,9221
µE = 0,3409
CALCULAR A FORÇA DE ATRITO DINÂMICO (CINÉTICO)
FORÇA DINÂMICA (CINÉTICA)
FAT(c)= ( 0,2 + 3. 0,02).1,048
FAT(c)= 0,2724N
CALCULAR O COEFICIENTE DE ATRITO (CINÉTICO)
FAT(c)= µc.N
0,2724 = µc . 0,9221
µc = 0,2954
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Conclusão 
 Com os experimentos apresentados nesse relatório tem-se constatado que muitas coisas simples, como, o andar de uma pessoa, o de iniciar o movimento de um carro, ou até mesmo de como o homem aprendeu a fazer o fogo, não seriam possíveis sem a força de atrito, pois com o atrito tem-se uma força incrivelmente grande de contato, ou seja, através de uma série de pequenos contatos com várias superfícies pode-se fazer uma faísca e iniciar uma pequena chama, como é o caso de ascender uma pequena fogueira de galhos secos, e como também a necessidade para que um carro possa se manter na pista, ou até mesmo arrancar e frear na terra, ou em qualquer lugar que existam duas superfícies em contato. 
 A inércia vem-se mostrando imprescindível na forma como lidamos com pequenos problemas, ou seja, a forma que deve-se frear um corpo que inicialmente estava em movimento, ou até mesmo de iniciar um movimento, pois com a inércia esses simples movimentos tornam-se mais difíceis de serem realizados sem muito esforço. 
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Bibliografia: 
1. HALLIDAY, D. RESNICK, R. e KRANE, K.S. Física 2. Rio de Janeiro, LTC, 1996. 
2. http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/fa.php 
3. http://www.infoescola.com/fisica/1a-lei-de-newton-lei-da-inercia/
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