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1 A diferenciação entre força e pressão Kleber Sessa, Katelline Mattos Alves, Mariana Oliveira, Lucas Louback Faculdade Estácio de Sá Turma nº 3150 – Experiência 01 – Bancada 4 - sexta-feira – Noite – 1º e 2º Horário - Física Experimental II Resumo: O experimento foi realizado em duas etapas. Primeiramente utilizando um dinamômetro, verificamos a força aplicada na carga, para então poder observa-la em diferentes situações, calcular o peso do corpo e com o imã averiguamos a seguinte situação, o tripé apoiado no imã em cima de uma borracha, em seguida repetimos o experimento com a cabeça do percevejo presa ao imã e sua parte pontuda presa à borracha. Determinamos a área do ímã e da ponta do percevejo, tendo o valor das áreas, pudemos calcular a pressão exercida pelo tripé, e pelo percevejo. Logo após calculamos a área de uma pegada para determinar a pressão exercida pelos pés de uma pessoa. 1. INTRODUÇÃO E FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Analisar-se-á também o efeito da força aplicada e sua dependência da área de atuação, ou seja, a pressão. O conceito de pressão nos permite entender muitos dos fenômenos físicos que nos rodeiam. Por exemplo, para cortar um pedaço de pão, utilizamos o lado afiado da faca (menor área), pois, para uma mesma força, quanto menor a área, maior a pressão produzida. Pressão é isso, a razão da força pela área, e pode ser enunciada da seguinte forma: Se uma força F comprime uma superfície, estando distribuída sobre uma área A, a pressão p, exercida pela força sobre essa superfície, é por definição: Pressão é uma grandeza escalar e a sua unidade no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Pa, em homenagem a Blaise Pascal. A unidade de força é o newton (N) e a unidade de área é o m2, ambas no SI. Pressão (p) e definida como sendo a razão entre a intensidade da força (F), aplicada perpendicularmente a uma superfície, e a área (A) dessa superfície: A unidade de medida do SI para pressão é Pascal (abreviada como Pa) e é nomeada assim em referência ao cientista Blaise Pascal. Um Pascal é definido como um Newton por metro quadrado (N/m2) Então: 1 N/m2 = 1 pascal = 1 pa 2. MATERIAL UTILIZADO 01 tripé com sapatas niveladoras amortecedoras e haste principal com sustentação para dinamômetro; 01 dinamômetro; 02 gancho lastro; 2 01 massa acoplável com 0,5 N de peso; 01 ímã; 01 paquímetro didático; 01 percevejo; 01 borracha de apagar; 3. RESULTADOS OBTIDOS Medidas de Força: Concluímos que a diferença do peso do conjunto formado por um gancho lastro e uma massa acoplável foram: Medições/Unidades Medida inicial do Dinamômetro 0,00N Peso dos Lastros 0,12 N Peso da Massa Acoplável com os lastros 0,62 N Peso da Massa acoplável 0,5 N Diferença de peso do conjunto contendo um lastro e uma massa acoplável 0,11 N Medidas de Pressão: Através do paquímetro chegamos a medida da Área da Borracha e do imã Discussão dos Resultados – item 3.8 O que foi observado entre o imã e a borracha. Foi Colocado o ímã em barra na lateral do tripé, apoado o ímã (preso ao tripé) verticalmente sobre a borracha e observado o que aconteceu entre a borracha e o ímã. Resp.: O tripé se apoiado no ímã, que por sua vez se apoia na borracha exercendo uma pressão que não altera a borracha. Porem não houve nenhuma diferenciação observada, pois, pois a área de contato entre o imã e a borracha, são grandes precisando de uma força enorme para deformar a borracha. Medições/Unidades Área da Borracha 42,0 mm 00000042,0m² Área do Ímã 10,0 mm 00000021,0m² Área do Percevejo 0,9 mm² 0000000,9m² ou 0,9 x 10 ^ -3 3 O que foi observado entre o imã, percevejo e a borracha. Foi presa a cabeça do percevejo ao ímã que está preso ao tripé e executamos a atividade novamente, apoiando a parte pontuda do percevejo contra a borracha. Descrevendo o observado. Resp.: A força peso atua que atua sobre o imã, sendo transmitida ao percevejo, que devido a pequena área de contato com a borracha e consequente aumentando da pressão em um ponto, vence a resistência da borracha furando-a. Causando a deformação pois a área do percevejo e menor que a do imã, causando assim uma pressão centralizada. Necessitando assim de uma menor força para perfurar a borracha. Resumo: Observamos que a diferença entre as duas forças peso era insignificante pois a massa do percevejo no segundo momento pode ser considerada como desprezível no sistema utilizado, a principal diferença observada era de pressão devido a menor área de contato com a borracha. Assim, embora as forças aplicadas fossem praticamente iguais, os efeitos produzidos por elas foram bastante diferentes. Sendo que no segundo caso a resistência oferecida pela borracha não foi suficiente para impedir a penetração. Devido ao valor do quociente citado pela formula abaixo: P = P = pressão F = força ( N ) A = Área ( m² ) = = = 0,79 = = = 64,10 3.9 Qual a expressão matemática que permite calcular o quociente entre a força normal aplicada sobre o percevejo e a área de superfície? Identifique cada termo da mesma. No exemplo da figura 3, consideramos uma força F = 50 N atuando sob um ângulo de 60º com a reta normal no ponto de aplicação. F F = 50 N 60° 4 Item 4.0 (A Pressão) Conceituando a grandeza física de pressão e indicando a unidade de pressão no SI. Pressão é a força aplicada sobre uma determinada área e é medida em Pa (Pascal). 4. A determinação da pressão exercida pelos pés de uma pessoa sobre o chão Determine, aproximadamente, a pressão exercida pelo seu peso sobre o chão. Resp.: Você recomendaria, em termos de pressão, alguém atravessar um terreno lamacento sobre “perna de pau”? Justifique sua resposta. Resp.: Não, pois utilizando uma perna de pau a pressão é elevada, devido a pequena área de contato com o solo, dificultando a movimentação. Cite um exemplo onde duas forças diferentes produzem pressões iguais. Resp.: 1kg de chumbo (ferro) e 1kg de algodão. Justifique, em termos de pressão, o motivo pelo qual é mais fácil caminhar na areia com os pés descalços do que com sapatos de salto alto. Resp.: É mais fácil, pois a pressão exercida pelos pés descalços é menor devido a maior área de contato com a areia quando comparada aos sapatos de salto alto Conclusão De acordo com os dados coletados constatou-se que quanto menor a área maior será a pressão sofrida no corpo. A força peso é constante, independente da área, pois exerce uma carga de cima para baixo. Assim inicialmente, podemos concluir que as grandezas força e pressão estão diretamente relacionadas, juntamente em uma área, sendo uma vetorial e outra escalar, respectivamente. Uma força aplicada em uma determinada área gera uma pressão nesta mesma. No primeiro experimento usamos um imã, um percevejo, um tripé e uma borracha, e podemos observar que a força aplicada sobre um sólido é inteiramente ______ A 5 transmitida pelo mesmo. Calculamos também a pressão que uma pessoa aplica sobre o solo e concluímos que na maioria das vezes, a movimentação é mais fácil se a área de contato com o solo for maior diminuindo a pressão exercida pelo corpo (distribuindo a mesma em uma área maior).