RECONHECIMENTO DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO DE UM MÓVEL SOBRE UMA RAMPA

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UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA – UNOESC
RECONHECIMENTO DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO DE UM MÓVEL SOBRE UMA RAMPA
Joaçaba
2014
UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA – UNOESC
RECONHECIMENTO DAS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO DE UM MÓVEL SOBRE UMA RAMPA
Relatório apresentado como parte das exigências da disciplina Física Experimental, do curso de Engenharia Mecânica da Universidade do Oeste de Santa Catarina, Campus de Joaçaba.
Joaçaba
2014
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 01: Dinamometro..................................................................................
Figura 02: Rampa com acessórios..............................................
Figura 03: Reações sobre o móvel..................................................................
Figura 04: Diagrama das forças em equilíbrio............................................
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
MRUV Movimento Retilíneo Uniformemente Variado
MRU	 Movimento Retilíneo Uniforme
F		Força	
M		Massa	
P		Peso
A		Aceleração
INTRODUÇÃO
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
FORÇA
Força designa-se um agente capaz de modificar o estado de repouso ou de movimento de um determinado corpo. Falar de força parece ser muito abstrato, mas basta pensar em todas as tarefas diárias que realizamos para que possamos perceber que força é algo que está presente em nosso dia a dia. Por exemplo: quando empurramos ou puxamos um objeto dizemos que estamos fazendo força sobre ele. 
Força é uma grandeza vetorial e, como tal, possui características peculiares. São estas características.	
Módulo é a intensidade da força aplicada.	
Direção é reta ao longo da qual ela atua.	
Sentido é dizer para que lado da reta em questão o esforço foi feito: esquerda, direita, norte, sul, leste, oeste. 	
 
 Dentro da mecânica estuda-se o movimento dos corpos e suas causas, chamada de dinâmica, e a parte que estuda as forças sobre corpos em repouso, chamada de estática. Estática é a parte da Física que estuda sistemas sob a atuação de forças que se equilibram. De acordo com a segunda Lei de Newton, tal sistema possui aceleração nula. De acordo com a primeira Lei de Newton, todas as partes desses sistemas estão em equilíbrio. 
 Para medir a intensidade de força existem aparelhos chamados de dinamômetros (dínamo= Força; metro= medida). Este aparelho é graduado de forma a indicar o valor da força aplicada em uma de suas extremidades. Esses aparelhos são dotados de uma mola que se deforma à medida que uma força é aplicada sobre ela.
MOVIMENTO
O movimento consiste numa mudança de posição de um corpo ou de um sistema, em relação ao tempo, quando medido por um dado observador num referencial determinado. Só se pode medir o movimento relativo. O movimento absoluto não possui significado.
Aristóteles define o movimento como passagem de potência a ato, distinguindo o movimento como deslocamento no espaço, como mudança ou alteração de uma natureza, como crescimento e diminuição, e como geração e corrupção (destruição).
MASSA
A massa é uma grandeza física fundamental. Segundo a mecânica newtoniana, ela dá a medida da inércia ou da resistência de um corpo em ter seu movimento acelerado. Ela também é a origem da força gravitacional, atuante sobre os corpos no Universo.
Mais recentemente, dentro da física moderna, a massa aparece relacionada com a energia, relação formulada por Einstein através da equação E = mc2.
A massa inercial de um corpo é definida pela Segunda Lei de Newton como uma constante de proporcionalidade entre a força (F) aplicada e a aceleração (a) causada:
F = m → i a → ⇒ m i = F a
Considerando que a força e a aceleração são grandezas vetoriais, isso implica em dizer que a massa é uma grandeza escalar. Então, a massa inercial indica a tendência de aceleração de um corpo para uma dada força.
Chamamos de massa gravitacional a intensidade da força de atração gravitacional gerada por um corpo dotado de massa. Nesse momento, é bom introduzirmos a relação que pode ser deduzida de leis da Mecânica, notando que a força peso que conhecemos depende da massa do corpo, mas não é equivalente a ela conceitualmente.
PESO
O peso é a força gravitacional sofrida por um corpo de massa significativa. O peso é uma grandeza vetorial. Portanto, apresenta intensidade, direção e sentido.
Para corpos próximos da Terra, por exemplo, a direção é a linha que passa pelo objeto e pelo centro da Terra. O sentido é aquele que aponta para o centro da Terra.
Matematicamente, ele pode ser descrito como o produto entre massa e a aceleração da gravidade local: P=m.g
PRIMEIRA LEI DE NEWTON: LEI DA INÉRCIA
A Lei da Inércia é tendência que os corpos possuem em permanecer em seu estado natural, repouso ou movimento retilíneo uniforme (MRU).
Quando estamos em um carro em movimento e este freia repentinamente, nos sentimos como se fôssemos atirados para frente, pois nosso corpo tende a continuar em movimento.Este fenomeno pode ser explicado pelos principios de inércia em que diz:
- Um corpo ou objeto parado, em razão de sua inércia, tende a permanecer em repouso;
- Uma vez iniciado o movimento, a tendência do corpo é permanecer em movimento retilíneo e uniforme.
SEGUNDA LEI DE NEWTON - PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA DINÂMICA
Quando aplicamos uma mesma força em dois corpos de massas diferentes observamos que elas não produzem aceleração igual.
A 2ª lei de Newton diz que a Força é sempre diretamente proporcional ao produto da aceleração de um corpo pela sua massa. F= m.a.
TERCEIRA LEI DE NEWTON- AÇÃO E REAÇÃO.
A força é resultado da interação entre os corpos, ou seja, um corpo produz a força e outro corpo a recebe. 
Isaac Newton durante seus estudos percebeu que toda ação correspondia a uma reação. Ele percebeu que em uma interação entre dois corpos, o primeiro exerce uma força sobre o outro e o segundo também exerce uma força sobre o primeiro. 
O enunciado da terceira lei diz que: 
A toda ação corresponde uma reação, de mesmo módulo, mesma direção e de sentidos opostos.
DESENVOLVIMENTO 
OBJETIVOS:
Ao término desta atividade o aluno deverá ser capaz de:
-	reconhecer os efeitos da força motora Px e sua equilibrante. Tensão, compressão, atrito, etc.;
-	reconhecer os efeitos da componente ortogonal da força-peso Py e sua equilibrante (normal);
-	reconhecer a dependência de Px e P`y em função do ângulo de inclinação da rampa;
-	reconhecer a dependência de Px e P`y em função da massa envolvida e da aceleração gravitacional no local.
MATERIAL NECESSÁRIO:
-	plano inclinado com acessórios;
-	um dinamômetro de 2 N;
-	um dinamômetro de 5 N.
Figura 01: Dinamometro.
Fonte:Brasil Escola.
MONTAGEM:
Montamos o equipamento conforme a figura 02 logo abaixo, fixando o dinamômetro de 2 N entre os dois parafusos existentes no topo do plano.
Prendemos o carro com as massas (pelo cordão) ao dinamômetro, sempre cuidando para que a sua escala móvel não se atrite coma a capa, de modo que o gancho do carro fique para baixo, fizemos o elevando um pouco a rampa.
RESULTADOS OBTIDOS
PARTE I
Figura 02: Rampa com acessórios.
Fonte: Apostila de Física experimental.
Antes de começar os procedimentos verificamos se o dinamômetro estava com a marca “zero” corretamente alinhada e a corrigimos para obtermos melhores resultados durante o experimento.
Com o auxilio do dinamômetro determinamos o peso do carro (com as massas acopladas que foi de 1N.
Giramos o sistema tracionador e elevamos o plano para o ângulo de 15 graus.
As forças que atuam neste momento, sobre o móvel são P, Py, Px,Normal, Tensão e Atrito. Observou-se que liberando o dinamômetro do móvel o mesmo desceu ao longo da rampa. 
Figura 03: Reações sobre o móvel.
Fonte:Notadez.
Sabemos que a força – peso atua segundo a orientação do gancho com carga dependurada no carro, no entanto, quando livre, o móvel executou um movimento ao longo da rampa. O agente físico responsável por este deslocamento foi à componente Px.
PARTE II
Com o valor da força – peso e a inclinação da rampa, calculamos o valor da componente .
Px= P.senα 
Px=1. sen15°
Px= 0,26N
Sua orientação é paralela ao plano inclinado com sentido para baixo.
Tornamos a prender o carrinho com as massas ao dinamômetro. A orientação da força aplicada pelo dinamômetro é com sentido contrario a Px e com valor de 0,28N.
Confrontamos o valor indicado pelo dinamômetro com o valor encontrado para . E calculamos o percentual de erro 
R: 0,28 --- 0,28*100% = 107,69% = 7,7% 
A diferença encontrada pode ser atribuída aos instrumentos descalibrados, atrito com a rampa ou mola do dinamômetro desgastada.
O pino central do carrinho dá a orientação da reta normal à rampa, calculamos o valor da força normal e a sua orientação é vertical para cima.
N= Py 
Py= P.cosα
 Py= 1. cos15°
N= Py= 0,96N 
Refizemos as atividades anteriores para um ângulo de 25 graus e confrontamos os valores lidos com os encontrados pelos cálculos analíticos.
Px= 0,42N
Py = 0,90N
Percentual de erro de 4,76%.
Quanto maior a inclinação da rampa menor o percentual de erro.
À medida que o ângulo se aproximar de 90°, o carinho desencosta da rampa e Px tende ao peso e Py tende a zero porque é igual a normal.
PARTE III
Figura 04: Diagrama das forças em equilíbrio.
Fonte: Autores
A P.A=T B Pb=T
Pb= PxA Pb=Pa.senα =1.sen30° = 0,5N
 
	A orientação e o valor da força resultante que atua no sistema, caso o fio (F) rompesse seria paralelo ao plano com sentido para baixo (Px), valor de 0,5N. O fenômeno que esta força tenderia a provocar seria o MRUV.
A aceleração adquirida pelo carrinho caso o fio rompesse seria:
Fr=m.a
0,5=1.a
a=0,5m/s²
Refizemos a atividade tomando o ângulo de = 35°, e determinamos o peso do corpo B para que o sistema fique em equilíbrio.
PB= Pxa
PB= Pxa.sen
PB= 1. Sen35
PB= 0,5N	
	Agora, com os valores dados e calculados, verifique se os corpos permanecem em equilíbrio utilizando o plano inclinado e o dinamômetro.
	Comente.
Caso o móvel fosse abandonado sobre a rampa, qual a força resultante que atuaria sobre o mesmo? Que fenômeno esta força tenderia a provocar?
Justifique.
Caso o móvel fosse abandonado sobre a rampa qual a aceleração adquirida pelo móvel? Despreze qualquer tipo de atrito.
BIBLIOGRAFIAS 
- SILVA, Marco Aurélio da. Força. 2008. Disponível em <http://www.brasilescola.com/fisica/forca.htm> acesso em 07 de outubro de 2014.
- PUCCI, Luís Fábio Simões. Massa e Peso. 2008. Disponível em < http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/massa-e-peso-descubra-a-diferenca-entre-esses-conceitos.htm> acesso em 08 de outubro de 2014.
- SÓ FÍSICA. Dinamica. 2010 disponível em	
< http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/leisdenewton.php> acesso em 08 de outubro de 2014.