Força de Atrito

Prévia do material em texto

A força de atrito se opõe localmente (na região de contato entre as duas superfícies) ao movimento ou à tendência do movimento de cada corpo.
Força de Atrito
Quando empurramos ou puxamos um determinado objeto tentando movê-lo, percebemos que existe certa dificuldade para colocá-lo em movimento. Essa dificuldade deve-se à força de atrito, que é uma força que se opõe ao movimento de objetos que estão sob a ação de uma força. Ela age paralelamente à superfície de contato e em sentido contrário à força aplicada sobre um corpo.
Tipos de força de atrito
A força de atrito depende de dois fatores:
Do tipo dos materiais que estão em contato: cada material tem suas características próprias. Quanto mais “lisos” ou “polidos” estiverem os objetos em contato, menor será a força de atrito. Essa propriedade é definida numericamente pelo coeficiente de atrito (μ), que pode ser dinâmico ou estático, possuindo um valor diferente para cada material.
Força normal: trata-se da reação normal à superfície sobre a qual o corpo está apoiado e depende da força que o objeto realiza sobre a superfície. Quanto maior for a força normal, maior será a força de atrito.
Atrito estático
Antes de haver movimento entre os corpos, atua o atrito estático, na intensidade necessária para evitar movimento entre os mesmos. O módulo da força de atrito estático pode ser calculado por:
Fat = μest . N
Após iniciado o movimento entre os corpos, passa a atuar o atrito dinâmico. O módulo da força de atrito dinâmica é sempre calculado por:
Atrito dinâmico
Fat = μd . N
Exemplo:
O bloco da figura, de massa 5 Kg, move-se com velocidade constante de 1,0 m/s num plano horizontal, sob a ação da força F, constante e horizontal. Se o coeficiente de atrito entre o bloco e o plano vale 0,20, e a aceleração da gravidade, 9,8m/s2, calcule o módulo da força F, em Newtons.
Dados:
m = 5 kg
v = 1m/s
 = 0,20
g = 9,8m/s²
P
N
Fat
Pela 2ª Lei de Newton sabemos que: FR = m . a
Também sabemos que a aceleração é nula quando o corpo está parado ou com velocidade constante.
Logo, nesse caso: FR = 0
FR = F - Fat
F – Fat = 0
F = Fat 
Com relação ao atrito, temos que:
Fat = 0,2 . 49
Como não há movimento na vertical então: 
 P = N
Sendo P = m . g
N = 5 . 9,8
N = 49N
Calculando a força de atrito
Fat = μd . N
Fat = 9,8N
A força elástica é aquela que surge a partir da deformação (compressão ou distensão) de uma mola, ou de algum outro corpo com propriedades elásticas.
Trata-se de uma força restauradora, isto é, procura sempre compensar, desfazer, a deformação que foi imposta. Assim, a mola sempre tenta voltar a seu comprimento inicial, retornando à sua posição de equilíbrio.
Força Elástica - Fel
F
Fel
F
Fel
Uma mola com k alto necessitará de mais força aplicada para obter o mesmo deslocamento, e, portanto, é considerada dura (de difícil deformação). Já uma mola com k baixo, será deformada com uma força menor, e, portanto, é considerada mole (de fácil deformação).
Lei de Hooke
Empiricamente, constata-se que essa força exercida pela mola é diretamente proporcional ao seu deslocamento da posição de equilíbrio, estando ela comprimida ou distendida. Portanto:
F=k⋅x
Essa equação é conhecida como Lei de Hooke, em homenagem a Robert Hooke, responsável por formulá-la.
Nela, k é a constante elástica da mola, e sua unidade é N/m no Sistema Internacional. Tal constante elástica representa a “dureza” da mola.
O deslocamento, ou deformação, x, mede a distância da extremidade da mola com relação à sua posição de equilíbrio, ou seja, é a diferença entre o comprimento e o comprimento relaxado.
Associação de molas
Caso sejam posicionadas em conjunto duas molas diferentes, de constantes k1 e k2, o seu efeito combinado pode ser previsto através de uma constante elástica equivalente, keq.
Associação em paralelo
Associação em série
Se as molas estiverem associadas em paralelo, a mola equivalente será mais dura, e tem-se:
Keq = K1 + K2
Se as molas estiverem associadas em série, a mola equivalente será mais mole, e a constante será dada por:
 = 
Um bloco de massa 5 kg está parado sobre um plano inclinado de um ângulo de 30° com a horizontal, preso a uma mola, de constante elástica k = 100 N/m, como mostra a figura. O atrito entre o bloco e o plano pode ser desprezado. Calcule a deformação da mola nessa situação.
Exemplo
x
y
P
PX
PY
Fel
N
Dados:
m = 5 kg
k = 100 N/m
g = 9,8m/s²
x = ?
Para calcular o que se pede, usaremos a 2° Lei de Newton na direção “x”.
FR = m . a
Como o bloco está parado, então:
FR = 0
FR = Fel - Px
Fel = Px
P = m . g
Fel = k . x
Px = P . sen 30°
Py = P . cos 30°
k . x = P . sen 30°
k . x = m . g . sen 30°
x = 
x = 
x = 0,245 m