Relatório Equilíbrio Estático de uma Barra

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Rua Santa Teresinha, 160 – Centro
EQUILÍBRIO ESTÁTICO DE UMA BARRA
MARINA BALVERDE RIBEIRO D747EB-0
São José do Rio Pardo - SP
2018
MARINA BALVERDE RIBEIRO D747EB-0
EQUILÍBRIO ESTÁTICO DE UMA BARRA
Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Tópicos de Física Geral e Experimental, no curso de Engenharia básica.
São José do Rio Pardo - SP
2018
INTRODUÇÃO
Estática é o ramo da Mecânica que estuda particularmente as condições para que ocorra o equilíbrio. Há dois tipos de equilíbrio:
Equilíbrio dinâmico: quando uma partícula está com uma velocidade constante e diferente de zero, ou seja, está em movimento retilíneo e uniforme;
Equilíbrio estático: quando uma partícula está com uma velocidade igual à zero, ou seja, está em repouso.
Neste experimento veremos esta segunda classificação: Equilíbrio estático de uma barra.
No estudo de um ponto material a única condição para que o objeto permaneça em repouso é se enquadrar no Principio da Dinâmica ou Segunda Lei de Newton, ou seja, as forças atuantes sobre este corpo devem ser nulas. Já no estudo de um corpo extenso, além deste objeto se enquadrar nesta primeira condição, é necessário que os momentos atuantes sobre ele também sejam nulos.
OBJETIVO
Encontrar o equilíbrio estático de um corpo extenso, especificamente de uma barra de nivelamento homogênea e rígida, na qual foi submetida a forças externas.
DESENVOLVIMENTO
Corpo extenso é todo corpo cuja massa e dimensão não são desprezíveis para o estudo de determinados fenômenos, ou seja, é o oposto de um ponto material. Deste modo, um corpo extenso só estará em equilíbrio estático se considerarmos esse equilíbrio tanto no movimento de translação quanto no de rotação, de acordo com o sistema de referência adotado.
Para que haja equilíbrio no movimento de translação, a soma vetorial de todas as forças externas que agem sobre o corpo deve ser nula.
A eficácia de uma força produzir rotação está relacionada à grandeza física denominada torque ou momento de uma força, assim, para que não haja movimento de rotação, a soma vetorial de todos os momentos/torques externos que atuam sobre o corpo deve ser nula.
Resumidamente:
			 
A análise do equilíbrio estático é muito importante na prática de engenharia. O engenheiro, ao projetar qualquer estrutura, deve isolar e identificar todas as forças e momentos externos que podem atuar sobre ela e, deste modo, garantir que a estrutura permanecerá estável sob a ação dessas forças e momentos.
Um exemplo de que uma análise desse tipo é necessária, é para garantir que uma ponte não vá desabar em um dia de ventania.
Os movimentos de translação e rotação de um corpo são governados pela Segunda Lei de Newton.
MATERIAL
Barra com niveladores;
Tripé;
Arruelas;
Porta Arruelas;
Balança;
Régua.
EXPERIMENTO
Forças atuantes na barra: 
o seu próprio peso: P=m.g (aplicado no baricentro G);
as forças de tração T e Q aplicadas nos pontos C e D, respectivamente;
a força Q será aplicada na barra a uma distância d0 (sempre constante);
Procedimento experimental
Para a distância d0 adotou-se um valor fixo de 5 cm, ou seja, colocou-se o porta arruelas a 5 cm de uma das extremidades da barra;
Para cada valor m ajustou-se o ponto de aplicação da tração T, ou seja, a cada quantidade de arruelas colocadas sob o porta arruelas, o que deixou o sistema em desequilíbrio, para que ele voltasse ao equilíbrio foi necessário ajustar a posição da tração T. Deste modo, anotamos os respectivos valores de m (a massa da quantidade de arruelas que foi colocada, em gramas) no caderno, juntamente com a diferença da distância entre o porta arruelas e o ponto de aplicação da tração T, em cm. Repetiu-se esse passo nove vezes e, a cada passo repetido, colocou-se uma quantidade diferente de arruelas, dando novos valores a m e, consequentemente, a d (diferença entre a distância do porta arruelas e da tração T);
Anotados as respectivas massas m junto às suas distâncias d, encontrou-se uma nova variável, “x”, na qual cm-1.
Pesou-se a massa da barra e mediu-se seu comprimento.
 						 
RESULTADO
Qual a forma da “curva média” obtida no diagrama cartesiano?
A forma da “curva média” obtida no diagrama cartesiano (x;m) é uma reta, pois o valor m é proporcional ao valor x.
Qual a posição do fio que sustenta a barra quando m=0?
O fio deve ficar na posição vertical, deste modo, se mantivermos a tração e o porta arruelas no meio da barra, a barra entrará em equilíbrio constante e não variará, independente da alteração do número de massa. Quando a massa for zero, o inverso da distância (x) também deve ser zero.
Vide em anexo os cálculos para encontrar os desvios percentuais da massa e do comprimento da barra, bem como o valor da massa e do comprimento da barra no gráfico dos dois experimentos, no qual foi utilizada a fórmula simplificada obtida através da figura 1:
1º Experimento
Por meio da análise dos desvios percentuais da massa e do comprimento da barra, que foram obtidos através de cálculos, tais desvios não foram tão absurdos, percebe-se que o erro pode ter sido na posição do d0, que pode ter se movimentado enquanto manuseava-se o experimento.
	Segue a tabela preenchida com os valores obtidos no 1º experimento
	m (g)
	99,81
	119,51
	228,9
	338,78
	484,51
	558
	667,88
	882,48
	996,96
	d (cm)
	119
	118,4
	117,8
	117,4
	117
	116,6
	116,3
	116
	116
	x=1/d
(cm-¹)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Massa da barra – M = 298,88 g	
Comprimento da barra – L = 50 cm
Construir em papel milimétrico, o diagrama cartesiano (x; m).
2º Experimento
	m (g)
	14,69
	29,07
	43,75
	58,38
	72,88
	87,54
	102,06
	116,86
	131,57
	d(cm)
	19,1
	18,3
	17,5
	16,7
	16,1
	15,5
	15
	14,4
	13,9
	x=1/d
(cm-¹)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Construir em papel milimétrico, o diagrama cartesiano (x; m).
O 2º experimento foi feito para tirar uma melhor conclusão a respeito do experimento, pois nos últimos pontos do gráfico do 1º experimento houve-se um desvio, deste modo, uma insatisfação.
 
CONCLUSÃO
Será que um corpo parado, está livre da ação de qualquer tipo de força? 
Após realizarmos este experimento, juntamente com a base teórica já estudada em sala, pode-se responder essa pergunta com toda convicção. Não! Mesmo um corpo estando totalmente parado ele está sofrendo alguma interação, como por exemplo, a força da gravidade. Neste experimento pode-se ver claramente o conceito do equilíbrio estático, quando a resultante das forças, em qualquer direção, que estejam atuando em um determinado corpo, for igual a zero, ele continuará parado, no mesmo lugar, até que alguma das forças passe a se tornar mais forte, ou mais fraca, desequilibrando o sistema.
Através do cálculo dos momentos, que é necessário, pois um corpo extenso para permanecer em equilíbrio precisa ter as forças e os momentos nulos, podemos tirar um dos conceitos de alavanca que quanto maior a força resistente, menor deve ser o braço resistente. E que o ponto de equilíbrio de uma barra extensa, tem relação da distância (eixo de rotação) em função do peso.
Percebe-se também que se mantivermos a tração na metade da régua e o porta arruelas, a barra entrará em equilíbrio constante e não irá variar independente da alteração do número de massa.
REFERÊNCIAS
Disponível em: <http://www2.fis.ufba.br/dftma/Roteiros/EXP%208_Equilibrio.pdf>
Acesso em: 27/04/18 às 14:28;
HALLIDAY, RESNICK, WALKER, Jearl. Fundamentos da Física, volume 2: gravitação, ondas e termodinâmica. 8ª edição , Rio de Janeiro : LTC, 2012;
Disponível em: <https://www.infoescola.com/fisica/equilibrio-estatico/>
Acesso em: 27/04/18 às 14:12;
Disponível em:< http://www.gradadm.ifsc.usp.br/dados/20122/FCM0208-1/Equilibrio%20Estatico.pdf>
Acesso em: 30/04/18 às 8:38.