Equilíbrio de Forças

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Tópico 11. Aula Prática: 
Equilíbrio de Forças: Mesa de Forças 
 
 
 
1. OBJETIVO DA EXPERIÊNCIA 
 
Verificar experimentalmente o equilíbrio de forças usando um 
dispositivo conhecido como mesa de forças. 
 
2. TEORIA 
 
As grandezas físicas são divididas em escalares e vetoriais. As 
grandezas que ficam bem caracterizadas apenas por um número e uma 
unidade, tendo consequentemente apenas um valor numérico, são 
denominadas escalares. Massa, tempo, energia e temperatura são exemplos 
de grandezas escalares. Já as grandezas vetoriais, como força, velocidade e 
aceleração, para serem caracterizadas, exigem a especificação de um 
módulo, uma direção e um sentido que se combinam segundo certas regras 
de adição, subtração e multiplicação vetorial (veja o Exemplo 1). 
 
Exemplo 1. Dois vetores, (força por exemplo) de comprimentos a e b 
fazem entre si um ângulo θ. Prove, calculando as componentes dos vetores 
em relação a dois eixos perpendiculares, que o comprimento da soma dos 
dois vetores é dado por 
𝑟 = √𝑎2 + 𝑏2 + 2𝑎𝑏 cos𝜃 
 
O método experimental consiste em aplicar duas forças em uma 
mesa de força sobre polias posicionadas em ângulos determinados. Sobre a 
terceira polia ajusta-se o valor da força e o posicionamento desta polia em 
função do ângulo até que se estabeleça o equilíbrio entre as três forças. 
Essa terceira força é chamada força de equilíbrio (F3 = P3). Essa 
força não é a mesma força resultante, ela possui o mesmo módulo, mesma 
direção, porém sentido oposto, visto que deve equilibrar o sistema, como 
mostrado na Fig. 1, ou seja, FR = - F3. 
 
 
 
Figura 1. Esquema da mesa de forças. 
 
 
3. PARTE EXPERIMENTAL 
 
3.1. MATERIAIS UTILIZADOS 
 
Para a realização deste experimento, serão utilizados os seguintes 
materiais: 
1) Mesa de força; 
2) Polias; 
3) Suporte para massas; 
4) Conjunto de massas, em gramas. 
 
3.2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
3.2.1 Equilíbrio entre duas forças 
 
1) Prepare a mesa de força; 
2) Coloque uma massa de 50 g na primeira polia em uma posição qualquer; 
3) Encontre a massa e a posição da segunda polia para que o sistema fique 
em equilíbrio; 
4) Anote os resultados na Tabela 1. 
 
 
Tabela 1. Dados experimentais para verificar equilíbrio entre duas forças. 
 
Posição da polia 1 (o) Massa na polia 1 (g) Posição da polia 2 (o) Massa na polia 2 (g) 
 
 
3.2.2 Equilíbrio entre três forças 
 
1) Prepare a mesa de força; 
2) Coloque a polia 1 (um) na posição 0º (zero grau) e a polia 2 (dois) na 
posição 30º (trinta graus). 
Observação: A polia 3 (três) será utilizada como polia móvel e será a polia 
da força de equilíbrio; 
3) Escolha duas massas fixas de 50 g para a polia 1 (um) e de 100 g para a 
polia 2 (dois); 
4) Procure a posição de equilíbrio em que o anel não toque a coluna 
central; 
5) Coloque massas até que o anel fique centralizado; 
6) Represente cada um dos vetores força na Fig. 2; 
7) Varie a posição angular em intervalos de 15º até 165º repetindo o 
procedimento (4) em cada variação. Anote o resultado na tabela abaixo. 
 
Tabela 2. Dados experimentais para verificar equilíbrio entre três forças. 
 
Posição angular 1 (o) Posição angular 2 (o) Posição angular 3 (o) Massa na polia 3 (g) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.3 Cálculo do módulo da força de equilíbrio 
 
(a) Calcule o módulo da força de equilíbrio utilizando a relação P3 = m3.g 
(use g = 9,78 m/s2); 
 
(b) Calcule o módulo da força de equilíbrio utilizando a lei dos cossenos ( 
ver exemplo 1); 
 
(c) Calcule o erro percentual 
 
%𝐹 =
|𝐹𝑐 − 𝐹𝑚|
𝐹𝑐
 
 
em cada caso (a) – (b) 
 
Tabela 3. Força calculada, medida e respectivos erros %. 
 
Fc (N) 
Fm em P3(N) 
%F 
 
 
Figura 2. Folha da mesa de forças. 
Referência 
 
http://www.pucgoias.edu.br/ucg/prograd/graduacao/ArquivosUpload/43/fil
e/F%C3%ADsica%20Aplicada%20I/Aula%204_25-30.pdf