Experimento resistencia de tração

Prévia do material em texto

Experimento – Resistencia de tração de uma pilha
Data: 07/05/2017 
Autores: Alessandra Braich, Ana Cardoso e Yuri de Souza 
Objetivo: O objetivo desse trabalho é analisar o coeficiente de atrito de rolamento através do software livre tracker e elucidar o aprendizado com gráficos e formulas matemáticas.
INTRODUÇÃO 
Neste trabalho apresentamos resultados preliminares obtidos em pesquisa que visa a desenvolver estratégias para descrever um movimento com o uso do software livre Tracker, destinado a análise de movimentos quadro a quadro. O uso desta tecnologia surge como uma importante alternativa a ser usada como forma de incrementar as aulas de física nas universidades brasileiras. 
Em geral laboratórios didáticos de física experimental não costumam possuir um acervo muito amplo de experimentos. Um dos obstáculos que se coloca para a utilização de novas tecnologias no ensino é o custo elevado de equipamentos de laboratório e das tecnologias proprietárias (hardware e software). Neste contexto, é importante o desenvolvimento e a difusão de tecnologias livres que apresentem, ao mesmo tempo, qualidade, flexibilidade de uso e baixo custo, de modo a que sejam compatíveis com a realidade educacional brasileira. Assim, foi aconselhado explorar o software livre Tracker, que está relacionado a um projeto que visa o desenvolvimento de programas com códigos abertos destinados ao ensino-aprendizado da física. O Tracker nos oferece o poder de visualização de fenómenos através de técnicas como demonstrações, simulações, modelos, gráficos em tempo real e vídeo, que por sua vez contribuem para a compreensão de conceitos de Física por ligarem imagens ou vídeo aos seus respectivos conceitos. Com o auxilio do software livre Tracker as aulas de física podem passar de apenas uma pequena apresentação sobre o assunto a ser estudado, usando fórmulas matemáticas e resolução de problemas, para algo que vai muito além disso, pode juntar a teoria com a pratica, auxiliando o melhor entendimento que gera um bom aprendizado.
O tema central desse trabalho propõem um experimento de baixo custo para a medida do coeficiente de atrito de rolamento de um corpo, também chamado de resistência de tração, através da vídeo analise. Logo depois que o corpo é lançado, duas situações ocorrem: inicialmente, o corpo executa rolamento com deslizamento e, após um intervalo de tempo muito curto, o corpo atinge a condição de rolamento sem deslizamento (rolamento puro). A vídeo analise do movimento completo permite a medida do coeficiente de atrito cinético na primeira parte e, na segunda, a medida do coeficiente de atrito de rolamento. Poucas são as informações sobre o coeficiente de atrito de rolamento em livros de física, tanto o de ensino superior quanto de ensino médio, com tudo esse trabalho visa elucidar melhor tal conceito e além disso demostrar o mesmo com auxilio de um vídeo que será analisado pelo Tracker e permitirá um maior entendimento sobre o assunto e também a exposição de gráficos que serão estudados e expostos no decorrer de todo o trabalho, além de formulas matemáticas para a confirmação dos mesmos.
Preparação Teórica
A força horizontal necessária para um deslocamento com velocidade constante sobre uma superfície plana dividida pela força normal de baixo para cima exercida pela superfície é chamada de resistência de tração, essa é a razão pela qual mover algo com rodas é mais fácil do que mover objetos sem rodas. Sabendo disso faremos um experimento com uma pilha (cilindro – raio de giração dado por k 2 = R2/2), a pilha será lançada manualmente, sem girar, em um movimento suave e rente ao solo, sobre uma superfície horizontal plana. Todo o rolamento foi filmado com um smartphone de resolução de 1280 x 720 pixels e 30 fps (quadros por segundo, do inglês frames per second). Para realizar a vídeo análise, foi utilizado o software livre Tracker. 
Preparação Experimental 
A voluntaria, a roteirista e o cinegrafista, foram para um lugar plano. O cinegrafista posicionou-se paralelo ao movimento a ser descrito de modo a proporcionar uma visão frontal do mesmo, apoiou o celular que fazia a gravação de modo que o celular ficasse o mais firme possível para evitar trepidações no vídeo. A região escolhida foi a que melhor permitisse a visualização total do experimento, atentando –se ao fato do contraste de cores.
Analise Matemática
Uma analise matemática desse experimento dar-se-ia pelo coeficiente de atrito de rolamento (ou coeficiente de resistência ao rolamento ou resistência de tração), µr, é definido pela razão entre o deslocamento d e o raio R, que equivale `a razão entre os m´módulos das forças de atrito estático e normal:
Onde d é o deslocamento, R é o raio do corpo, Fat corresponde a força de atrito e N é a força normal.
Porem essa experiência tem duas partes, na primeira que é quando o corpo é lançado, ocorre o rolamento com deslizamento. As equações horárias da velocidade do centro de massa (vCM) e da velocidade angular (ω) são dadas por:
Sendo v0 a velocidade inicial do corpo, µc o coeficiente de atrito cinético entre as superfícies, R o raio do corpo, g a aceleração da gravidade e k o raio de giração do corpo.
As duas equações apresentadas anteriormente são válidas até o instante de tempo t1, em que o corpo atinge a condição de rolamento sem deslizamento (vCM = ωR). Esse tempo vale:
	
A velocidade media do centro da massa em T= T1 seja dada por:
Quando o corpo atinge a condição de rolamento sem deslizamento, a velocidade do centro de massa é dada por:
	
Ao passo que µr o coeficiente de atrito de rolamento. Note que foi incluída a continuidade temporal da transição entre as fases de rolamento com e sem deslizamento, pois essa equação só é válida para t ≥ t1.