Relatório Física Experimental 2

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Relatório Física Experimental I Eng. Produção – Turma 2433
Relatório Física Experimental I 
Engenharia de Produção
A 1ª Lei de Newton e 
Noções de Força de Atrito
Julio Gomes dos Santos Neto
Mat. Nº 2014.2020.264
Wendel Gomes Linhares
Mat. Nº 2014.2020.270
Junho - 2015
IDENTIFICAÇÃO
Alunos:
Julio G. dos Santos Neto		Mat. N.º: 2014.2020.264
Wendel Gomes			Mat. N.º: 2014.2020.270
Professor: André Henrique P. Albuquerque
Relatório n.º 002/2015
Assuntos abordados: 
Uso e aplicação de molas helicoidais (em Série e Paralelo) e a Lei de Hooke
Forças de atrito (estático e cinético)
Roldanas móveis e fixas
Aula realizada no dia 28 de Maio de 2015 – Fatene (Unidade Caucaia) no período de 19 às 21 horas.
RESUMO
A aula teve início com a participação do docente e da monitora da disciplina, apresentando os aparelhos a serem utilizados nesta aula prática e revendo alguns conceitos aplicados anteriormente em sala e na última aula experimental, abordando Força, Força-peso, Normal e Força de atrito.
A experiência proposta teve como objetivo de a constante de elasticidade, através de procedimentos de comparação evidenciados, inconformidade com\ da lei de Hooke. Para isso foram realizadas algumas medições do deslocamento de uma mola sendo estendida com seus respectivos pesos. 
Dessa forma, o alongamento das molas helicoidais obtido com a aplicação de uma forma deformadora, utilizando massas aferidas, para determinar a constante elástica dessa mola através do método estático e dinâmico, expondo os dados em tabelas e representando graficamente os dados obtidos no experimento e utilizando no procedimento de regressão linear.www.cidepe.com.br – conjunto mecânica
BASE TEÓRICA
	O físico inglês Robert Hooke foi quem primeiro demonstrou que muitos materiais elásticos apresentam de formação diretamente proporcional a uma 
Força elástica, resistente ao alongamento produzido.
Hooke representou matematicamente sua teoria com a equação:
http://colegiocricon.blogspot.com.br/2011/05/lei-de-hooke_27.html 
Representamos graficamente a expressão acima através do gráfico abaixo:
	Nota-se então que a Lei de Hooke é responsável por verificar a deformação do corpo elástico ao se expandir. O objeto de estudo mais usado para esse evento é a mola espiral, por ser um objeto flexível que se alonga facilmente.
	A energia armazenada no corpo (nesse caso, a mola) é a energia potencial, também conhecida como energia de posição, que é um tipo de armazenamento de energia dos corpos em virtude do seu posicionamento, ou seja, o sistema ou o corpo podem possuir forças interiores capazes de modificar suas posições relativas e suas diferentes partes para chegar ao objetivo (que é realizar trabalho).
 
EXPERIMENTO
	A aula consistiu na utilização dos instrumentos de forma a demonstrar experimentalmente a Lei de Hooke, sendo colocadas n-massas dependuradas numa mola, onde anota-se o enlongamento desta cada vez que se adiciona uma massa no sistema.http://colegiocricon.blogspot.com.br/2011/05/lei-de-hooke_27.html 
Material Utilizado
Os materiais utilizados na realização do experimento foram:
Perfil universal com escala milimétrica;
Tripé;
Molas Helicoidais;
Suporte fixo para associação de molas
Suporte fixo para associação de molas em paralelo;
Fixadores metálicos para pendurar os pesos;
Dinamômetro;
Massas aferidas de 0,50N.
Metodologia
	 Inicialmente, prendemos a mola na vertical na sua extremidade superior a um suporte fixo sobre a bancada, associando a ela uma haste para colocar os respectivos pesos, tomando assim, como base um ponto em que a mola permanece em repouso, medida pela régua milimetrada, esse ponto é chamado de ponto de equilíbrio da mola. Na extremidade inferior suspende-se um corpo com peso de 0,5 N.
	Este procedimento foi repetido 4 vezes, sendo que em cada vez, acrescia-se outra massa, sem retirar a primeira colocada, e media-se então, a deformação sofrida pela mola, conforme tabela a seguir:
EXPERIMENTO – PARTE 1
Tabela 1 - Utilização de 01 Mola Helicoidal
	Força (N)
	Deformação da Mola (m)
	Constante K
	Observação
A deformação no item 1, foi anotada com o valor dado para manter a constante. O valor anotado em laboratório foi de 0,087.
A média de K é 9,48.
	0,66
	0,086
	7,67
	
	1,16
	0,113
	10,26
	
	1,66
	0,166
	10,00
	
	2,16
	0,216
	10,00
	
	Este procedimento foi repetido com as molas individualmente (Figura 6.1), com as molas em paralelo (Figura 6.2), e com as molas em série (Figura 6.3). Em seguida, com os valores de massa e deformação da mola obtidos, foram calculados os valores de força, constante elástica da mola, e constante média com o seu desvio padrão. Assim pode-se determinar a relação existente entre a variação da força e a variação do comprimento como é mostrado na tabela abaixo. (Para podermos fazer os cálculos, tivemos que fazer a conversão dos pesos de Kg para Newtons).
Imagens: Julio Gomes dos S. Neto
Tabela 2 - MOLAS EM SÉRIE (Utilização de 02 molas)
	Força (N)
	Deformação da Mola (m)
	Constante K
	Observação
A média de K é 2,01.
	- - -
	0,229
	- - -
	
	0,5
	0,284
	1,76
	
	0,7
	0,309
	2,27
	
Obs: Na construção do gráfico foram adotados para x¹ = 0,2 com k = 1,14, como valor aproximado para o sistema de apoio e sustentação (cabide e gancho), de forma que o gráfico apresente uma visualização da constante k,
Tabela 2 - MOLAS EM PARALELO (Utilização de 02 molas)
	Força (N)
	Deformação da Mola (m)
	Constante K
	Observação
A média de K é 10,08.
	- - -
	0,085
	- - -
	
	0,5
	0,098
	5,10
	
	1,0
	0,112
	8,93
	
	1,5
	0,125
	12,00
	
	2,0
	0,140
	14,29
	
Tabela 3 - MOLAS EM PARALELO (Utilização de 03 molas)
	Força (N)
	Deformação da Mola (m)
	Constante K
	Observação
A deformação no item 1, foi anotada com o valor dado para manter a constante. O valor anotado em laboratório foi de 0,082.
A média de K é 11,62
	- - -
	0,081
	- - -
	
	0,5
	0,090
	5,56
	
	1,0
	0,099
	10,10
	
	1,5
	0,108
	13,89
	
	2,0
	0,118
	16,95
	
Obs: Na construção do gráfico foram adotados para x¹ = 0,2 com k = 1,41, como valor aproximado para o sistema de apoio e sustentação (cabide e gancho) de forma que o gráfico apresente uma visualização da constante k,
Imagens: Julio Gomes dos S. Neto
Tabela 4 – LIGA BORRACHA (Utilização de 01 liga)
	Força (N)
	Deformação da Mola (m)
	Constante K
	Observação
A média de K é 27,11.
	- - -
	0,028
	- - -
	
	1,0
	0,044
	22,73
	
	2,0
	0,070
	28,57
	
	3,0
	0,105
	28,57
	
	4,0
	0,140
	28,57
	
01 Liga Borracha
Imagens: Julio Gomes dos S. Neto
EXPERIMENTO – PARTE 2
	No segundo período, o experimento constou da análise do movimento de um corpo através da aplicação de uma força, medida por um dinamômetro, de forma que pudéssemos constatar o limiar do movimento através da Força de Atrito Cinético, que corresponde ao início da movimentação do corpo, após o limite máximo de atrito estático que a superfície emprega sobre o corpo em questão (conforme imagens abaixo sobre o experimento).
Apresentação do sistema
 
Imagens: Julio Gomes dos S. Neto
Aplicação da forma no dinamômetro para constatação do limiar do movimento através da aplicação da força (N)
 Imagens: Julio Gomes dos S. Neto
	Sendo assim, constatamos conforme análise do Professor André, que a Força de Atrito Estático/Cinético, corresponde à relação abaixo:
	F AT = µ.F N
	Com base nos dados de registro, temos que:
	F AT = 0,3 N
F N = 0,68 N
	F AT = µ.F N
µ = F N /F AT 
µ = 0,68 /0,3
µ = 2,1
	Outra situação análoga, foi a demonstração desse sistema sobre um plano inclinado a 30º, onde constatou-se que a constante µ = tg Θ. Sendo:
µ = tg Θ
µ = tg 30°
µ = 0,58
F N = FP . cos Θ
F N = 0,68 . cos 30°F N = 0,68 . 0,5
F N = 0,59 N
EXPERIMENTO – PARTE 3
	Nesta etapa da aula, o professor montou um sistema de roldanas, explicou que se tratava de um sistema que proporciona vantagem mecânica para o deslocamento de objetos no dia-a-dia de forma muito prática, pois multiplicam a força empregada em uma das extremidades do sistema. Imagens: Julio Gomes dos S. Neto
A quantidade de energia que é transferida a um sistema para que o seu estado de repouso ou o módulo de sua velocidade seja alterado é chamado de trabalho. No exemplo do operário que levanta o balde através da corda que passa pela polia, a força motora exercida pelo operário realiza trabalho motor que é o quanto de energia que o operário transfere ao sistema e para a força resistente temos trabalho resistente, pois o peso do balde tem sentido contrário ao movimento.
Quando se utiliza uma máquina o interesse é fazê-lo de modo que a força motora seja, de preferência, menor que a força resistente e com isso, define-se uma grandeza chamada de vantagem mecânica (Vm) de uma máquina que é a proporção entre os módulos da força resistente e da força motora aplicada.
Essa técnica de uso de roldanas são utilizadas desde tempos remotos para movimentação de carga, alguns exemplos de uso têm sido usadas desde os tempos mais remotos, sempre com a função de ajudar a elevar objetos pesados, como por exemplo:
Nos poços de água, para alterar o sentido da força que puxa o balde;
Na construção civil, para içar peças e materiais, dentre outros.
Roldana fixa: É uma máquina simples, cuja finalidade é alterar a direção e o sentido de forças transmitidas por cordas, sem alterar o módulo das mesmas. Esta definição é válida para roldanas ideais, que não tem atrito, e cuja massa é desprezível. A influência da massa da roldana só é importante em sistemas acelerados.
Vantagem mecânica roldana fixa: Neste sistema de roldanas, vale 1, sua função como máquina simples e apenas a de inverter o sentido da força aplicada, isto é, se aplicamos uma força de cima para baixo numa das extremidades da corda, a polia transmite à carga, para levantá-la, com uma força de baixo para cima. Isso é vantajoso, porque podemos aproveitar o nosso próprio peso (ou um contrapeso) para cumprir a tarefa de levantar um corpo. Assim sendo para que a carga suba de "1 m" o operador deve puxar seu ramo de corda para baixo, de "1 m".
Roldana móvel: Diminuem a intensidade do esforço necessário para sustentar um corpo, pois parte desse esforço é feito pelo teto, que sustenta o conjunto.
Observe na figura a baixo, como a roldana móvel pode facilitar o trabalho:
http://www.guiavertical.com.br/esporte/tecnicas/1/sistemas-de-polias..html
Com uma roldana móvel, a força necessária para equilibrar a carga é dividida por dois (2¹);
Com duas roldanas móveis, a força necessária é dividida por quatro (2²);
Com três, é dividida por oito (2³), e assim sucessivamente.
Vantagem mecânica roldana móvel: A polia móvel raramente é utilizada sozinha, dado o inconveniente de ter que puxar o ramo de corda da potência para cima. Normalmente vem combinada com uma polia fixa. Para tal montagem tem-se F = R/2; VM = 2 e dp = 2.dr. Assim, para que a carga suba de "1m" o operador deve puxar seu ramo de corda para baixo, de "2m".
Imagens: Julio Gomes dos S. Neto
ANEXOS
Biografia de Robert Hooke (1605 – 1703)
	Robert Hooke nasceu no dia 18 de julho de 1635 fresh water na ilha de Wight, na Inglaterra. Ultimo de 4 filhos de John Hooke. Com inúmeros problemas de saúde, desde cedo já sofria com sinusite e bronquite. Além disso, Chegou a sofrer de enxaqueca e má digestão.
	Como não podia ter um contato muito grande com as pessoas, Robert Hooke passou a se dedicar cada vez mais em desenvolver seu intelecto. Desde cedo, já se destacava por seus desenhos e modelos mecânicos. Porém, Hooke nunca se deteve exclusivamente no estudo de uma área especifica, fato que futuramente o prejudicou na hora de patentear vários projetos por ele criados, só que nunca sendo muito aprofundados.
	Começou sua instrução Westminster School, onde adquiriu um certo domínio sobre o grego e o latim. Fez amizade com o reitor Dr. Busby, grande incentivador de sua carreira.
	Em 1653, aos 18 anos, ingressou na universidade de Oxford. Como não possuía recursos, teve que arrumar empregos humildes para se sustentar. Foi num desses empregos que conheceu Robert Boyle e se tornou seu assistente. Boyle foi de grande importância para Hooke, pois foi ele quem o iniciou na física.
	Em 1658 Hooke construiu para Boyle uma bomba de ar que permitiu a Boyle enunciar a “A lei de Boyle”, que resumidamente fala que se a pressão de um gás aumentar, seu volume diminui. Essa foi a primeira das patentes perdidas por Hooke. A partir dessa mesma bomba de gás, seu parceiro de estudo deu origem à nossa conhecida panela de pressão.
	Ainda como assistente de Boyle, Hooke fez sua primeira publicação: uma tentativa de explicação dos fenômenos observados numa experiência publicada por Boyle. Essa publicação tratava de problemas de tensão superficial dos líquidos e do fluxo em tubos capilares.
	Seguindo seu gênio, Hooke rapidamente mudou seus estudos. Observando que os relógios de pulso da época apresentavam um grande erro em função da mola usada, Hooke desenvolveu uma mola especial que poderia fornecer horas precisas. Teve sucesso, porém de novo não teve a patente de sua invenção, patenteada por um cientista holandês, Christian Huygens.
	Em 1665, Robert Hooke publicou seu livro “Micrografia”, onde entre outras coisas, descreveu o primeiro microscópio de partes moveis.
	Londres foi devastada nos anos de 1665 e 1666, pela grande peste e pelo grande incêndio. Hooke foi nomeado supervisor da reconstrução da cidade, por sua habilidade como organizador e arquiteto.
	Em 1678, publicou em suas leituras “Leituras de Potentia Restitutiva” sua famosas “Lei de Hooke”, onde fala que é de acordo com a tensão que será a força. Com essa lei, Hooke demonstrou que em qualquer corpo, a força de restauração é proporcional ao deslocamento.
	Havia muita antipatia entre Newton e Hooke, toda essa “Briga” entre esses dois gênios se deve ao fato que Newton publicou que a idéia de que a luz seria um corpúsculo. Hooke acreditava que a luz era constituída de vibrações muito rápidas, Transmitidas através de um meio material. Hooke sentia uma certa “inveja” de Newton, que só aumentou 1686 quando Newton publicou “O principio da gravitação”, Hooke se sentiu injustiçado por não ter citado suas contribuições.
	Em 1687, com a morte de sua estimada e amada sobrinha, abalou a saúde de Hooke. Por fim, acabou por morrer no dia 3 de Março em 1703. No seu funeral muitos cientistas compareceram, em reconhecimento à sua contribuição para a ciência. Segundo dizem Newton não compareceu.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] I.Silva, Heurison S., Apostila de Física Experimental 1, Depto. Física – CCN – UFPI, Fevereiro 2010.
[2] Desconhecido, Modelo de Relatório Experimental, Depto. Física, UFRGS, adaptado do modelo de relatório usado em http://fisica.ufpr.br/LE/.
Sites acessados para consulta complementar e cópia de ilustrações, no período de 06 de Junho, no intervalo das 17:00 às 19:00 horas, no sítio:
[3] http://colegiocricon.blogspot.com.br/2011/05/lei-de-hooke_27.html 
[4] http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfh0sAK/lei-hooke-movimento-harmonico-simples 
[5] http://incrivelhooke.blogspot.com.br/2009/03/biografia-derobert-hooke.html
[6] http://fisicaevestibular.com.br/images/Dinamica10/image010.jpg
[7] http://www.guiavertical.com.br/esporte/tecnicas/1/sistemas-de-polias..html
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