Vantagem e trabalho mecânico

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Vantagem e Trabalho Mecânico
Prática 5- Data 14/07/2017
Centro Universitário Senai Cimatec, Engenharia Química, 2º Trimestre e 20171GRDEQIDIU
Ana Laise do Nascimento dos Santos; Henrique da Gama Monteiro dos Santos; Leonardo Santana; Raquel Araujo da Cruz 
Entregue ao professor Targino Amorim Neto da disciplina física prática
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Resumo: Na prática 5, o objetivo foi analisar e compreender o equilíbrio estático a partir da análise dos sistemas de polias, além de calcular o trabalho mecânico presente nestes mecanismos. Com finalidade de verificar o que é postulado na teoria em aplicações reais, através da montagem de máquinas simples contendo polias fixas e móveis, onde variavam-se o número e os tipos de polias, além da utilização de massas diferentes em suportes para compreender o funcionamento da vantagem mecânica presentes nessas máquinas, com a finalidade de estudar diferentes sistemas de transmissão de movimento e como estes funcionam, além de comparar os resultados esperados com o que aconteceu na realidade e calculando os respectivos erros embutidos neste processo.
Introdução
Tendo em vista que um sistema de polias funciona tanto mudando o sentido da aplicação das forças, quanto modificando o esforço ou força necessária para elevar um objeto, é obtida uma questão essencial para a presente prática, que se baseia na vantagem mecânica. Uma polia móvel facilita a realização de algumas tarefas, quando, a cada polia móvel colocada no sistema, a força necessária para elevar algum objeto preso ao sistema, fica reduzida à metade, sabendo-se então que essa vantagem depende da quantidade de polias móveis, ou seja, a quantidade será o fator de vantagem. Com a força a ser aplicada já diminuída devido ao sistema, é possível então perceber o conceito da vantagem mecânica quando divide-se a força a ser superada pela força aplicada, como mostra a Eq. 1: 
 
 Eq. 1
Onde 
 é a força resistente e 
 é a força de ação. Se nesta divisão for obtido um valor maior que 1, têm-se então uma vantagem mecânica, e consequente diminuição de esforço. 
Outro conceito conectado com a aplicação de forças é o de trabalho, pois quando é aplicada certa força, essa pode ser capaz de alterar o estado de repouso ou o módulo de velocidade de algum objeto ou sistema, assim a quantidade de energia que é necessário para certo feito é chamada de trabalho, que é explicitamente o que ocorre em um sistema de polias incrementando então energia potencial gravitacional. O trabalho então da força peso é o mostrado na Eq. 2: 
 
 Eq. 2
Onde h seria a altura, em relação ao deslocamento obtido.
Experimento 
Materiais e Métodos 
Materiais: 
Os materiais utilizados para a presente prática foram os seguintes: Massas cilíndricas (4 massas cilíndricas finas e 4 massas cilíndricas grossas), 4 cabos de conexão (3 médios e 1 grande), 1 polia simples com eixo, 3 polias simples com gancho, 1 polia dupla com eixo, 1 polia tripla com gancho, 2 suportes para massas, Parafusos de fixação (3 longos e 1 curto), Balança digital, 1 régua ou trena e 1 Painel de Forças, modelo NDF -III.
Métodos:
1ª Parte
Primeiramente fixaram-se os parafusos mais longos no painel, nas letras referentes a A, B e C no Painel de Forças, e em seguida, fixou-se uma polia simples com eixo na letra H do painel de Forças. Foi passado fio de conexão (médio) pela polia simples com eixo e em cada extremidade do fio de conexão prendendo um suporte para a massa. 
Testaram-se as massas fornecidas, até encontrar um conjunto específico de massas que equilibrou o sistema. Deslizou-se o suporte do lado direito da posição 0cm a 20cm da régua e foi observado e anotado quanto foi o deslocamento do suporte do lado esquerdo, por fim, foram aferidas as medidas das massas utilizadas, juntamente com o suporte, na balança de precisão.
Dando prosseguimento ao experimento, outro sistema foi montado agora com uma polia simples com eixo e uma polia simples com gancho, passando um fio de conexão (médio) pela polia simples com eixo e pela polia simples com gancho e o prendendo no parafuso C.
Colocou-se um suporte para massa no gancho da polia simples com gancho e outro suporte para a massa na extremidade do fio de conexão entre as massas fornecidas , até encontrar um conjunto específico de massas que possibilitou o equilíbrio do sistema. 
O processo do primeiro sistema foi então repetido.
Por conseguinte foi montado um novo sistema, agora com uma polia simples com eixo e duas polias simples com gancho, utilizando a montagem do sistema anterior. Retirou-se o suporte para massas do gancho da polia simples com gancho que foram substituídos por um fio de conexão que foi passado pela segunda polia simples com gancho prendendo-o no parafuso B alinhando os fios de conexão.
Prendeu-se um suporte para massas na segunda polia simples com gancho e foram encontradas as massas adequadas para equilibrar o sistema, repetindo novamente os processos padrão. Mantendo a montagem do sistema anterior com uma polia simples e três polias móveis e substituindo o suporte para massas do gancho da polia simples com gancho por um fio de conexão passando o fio de conexão pela terceira polia simples com gancho e prendendo-o no parafuso A, alinhando os fios de conexão, prendeu-se um suporte para massas na terceira polia móvel ou polia simples com gancho, equilibrou-se o sistema com as massas fornecidas e repetiu-se novamente o padrão.
2ª Parte (Cadernal):
Prendendo o parafuso curto na D do painel, prende-se também uma polia dupla com eixo na letra G do painel de força, prendeu-se o fio de conexão grande passando-o pela parte interna da polia dupla com eixo puxando o cabo de conexão pela parte externa do cadernal, prosseguindo o processo passou-se o fio de conexão pela parte externa da polia dupla, por fim, colocou-se no fim do fio de conexão um suporte para as massas. Adicionando as massa até equilibrar o sistema e alinhar os fios, finalizando o processor aferiu-se as massas utilizadas.
Resultados
Para a realização do procedimento foram aferidas as massas necessárias para o equilíbrio do sistema de polias, realizando o equilíbrio com um número variado de polias móveis e obtendo-se as massas e o deslocamento do sistema em cada uma das situações, como explicitado na tabela 1.
Tabela 1- Massa e deslocamento do sistema de polias
	Nº polias móveis
	Massa sistema que desloca
	Massa do sistema deslocado
	Distância (altura) sistema deslocado
	Distância (altura) sistema que desloca
	0
	29,61g
	29,61 g
	20 cm
	20 cm
	1
	29,61g
	52,18 g
	5 cm
	10 cm
	2
	29,61g
	102,03 g
	5 cm
	20 cm
	3
	29,61g
	174,64 g
	1,5cm
	10 cm
	Cadernal
	29,61g
	114,61g
	2,5 cm
	10 cm
Figura 1 – Sistemas em equilíbrio
Fonte: Própria
A partir dos cálculos do fator do sistema temos que em um sistema ideal, que não foi o caso do experimento, os valores de deslocamento teórico esperados são próximos aos valores medidos experimentalmente, conforme os dados da tabela 2.
Tabela 2- Relação das massas e deslocamentos teóricos vs. massas e deslocamentos obtidos
	Polias Móveis
	Razão da massa necessária para deslocar em teoria
	Razão massa realmente deslocada
	Razão desloca-mento teórico
	Razão desloca-mento real
	0
	1:1
	1:1
	1:1
	1:1
	1
	1:2
	~5:9
	1:2
	1:2
	2
	1:4
	~1:1,4
	1:4
	1:4
	3
	1:8
	~1:6
	1:8
	~1:6,7
	Cader-nal
	1:4
	~1:3,9
	1:4
	1:4
Com os dados das massas e da gravidade do laboratório (9,79m/s2), foi possível encontrar a força que, com o deslocamento medido, pode ser usado para encontrar o trabalho realizado, que pode ser visualizado na tabela 3.
Tabela 3- Trabalho realizado
	Polias móveis
	Trabalho realizado (massa que desloca) (J)
	Trabalho realizado (massa deslocada) (J)
	0
	5,75
	5,75
	1
	2,86
	2,53
	2
	5,75
	4,94
	3
	2,86
	2,54
	Cadernal
	2,86
	2,78
Conclusão
Aofinalizar o experimento ficou claro que a partir da análise dos resultados obtidos no primeiro procedimento, foi possível constatar que a teoria está bem próxima da realidade. Temos uma diminuição da força necessária para o deslocamento, neste caso, uma mesma massa deslocou massas cada vez maiores à medida que aumentávamos o numero de polias móveis do sistema. De modo inverso o a distancia do deslocamento se tornava cada vez maior, ou seja, quando se desloca uma distancia fixa em um dos lados, o outro se desloca cada vez menos. 
A partir da tabela 2 foi possível inferir que o erro aumenta quando o numero de polias móveis aumenta, isso acontece pois no experimento não considerou-se, para o caso das massas, a massa de todas as polias que transladam, nem a massa da corda. Além disso, há perdas por atrito no sistema. No caso dos erros na medida do deslocamento existem basicamente dois erros, aquele do observador e o do instrumento de medida. 
Pôde-se observar também, pelo calculo do trabalho realizado, que os trabalhos realizados em ambos os lados dos sistemas montados, que em teoria deveriam ser iguais, estão bem próximos dos valores esperados, o que condiz com um sistema com erros intrínsecos.
Referências 
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_1562100526.unknown
_1562098999.unknown