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Universidade Federal do Ceará – UFC Centro de Ciências Departamento de Física Disciplina de Física Experimental para Engenharia Semestre 2019.1 PRÁTICA 05 EQUILÍBRIO Aluno (A): Marisa Queiroz Mendonça Curso: Engenharia Ambiental Matricula: 473829 Turma: 27 Professor: Antônio Isael Paz Pires Data de realização da prática: 24/05/2019 Horário de realização da prática: 10:00 – 12:00 7 de junho de 2019. 2 1. Objetivos - Determinar o peso de um corpo através da resolução de um sistema de forças; - Medir as reações nos apoios de uma viga bi-apoiada, quando uma carga móvel é deslocada sobre a mesma; - Verificar as condições de equilíbrio. 2. Materiais - Massa aferida 100 g; - Estrutura de madeira; - Massa desconhecida; - Balança digital; - Transferidor montado em suporte; - Material para desenho (papel, régua, esquadro e transferidor). 3 3. Introdução A aula teve como pauta o fundamento de equilíbrio. De acordo com o site Mundo Educação: “Um corpo está em equilíbrio quando a somatória de todas as forças que atuam sobre ele for nula, ou seja, igual a zero. De acordo com a Primeira Lei de Newton, quando a resultante das forças que atuam sobre um corpo é nula, o corpo permanece em seu estado de repouso (equilíbrio estático) ou em movimento retilíneo uniforme (equilíbrio dinâmico). Portanto, um objeto em equilíbrio pode estar em repouso ou em movimento retilíneo uniforme.” Além disso, equilíbrio pode ser classificado como: - Equilíbrio estável: quando um corpo realiza um movimento, mas volta para sua posição inicial; - Equilíbrio instável: quando sua posição de equilíbrio é perturbada e ao ser abandonado, fica mais longe da sua posição inicial; - Equilíbrio indiferente: quando seu estado de equilíbrio é modificado, o objeto encontra equilíbrio em uma nova posição. Utilizando do conceito relacionado acima, o esquema usado na aula prática estava em repouso e estava representado da seguinte maneira: Antes de dar início às atividades, foi explicado como as forças estavam relacionadas no sistema, principalmente a força de tração, que é crucial para a determinação da massa desconhecida e também foram apresentadas técnicas de desenho que ajudariam a determinar T2 e T3. Figura 1: Sistema em equilíbrio Fonte: Roteiros de Aulas Práticas de Física. DIAS LOIOLA, EDUARDO. 4 4. Procedimento Para a realização do experimento, de início, foi necessário medir os ângulos através de um transferidor acoplado a uma placa de madeira que estava atrás dos nós A e B (Figura1). Depois, com os ângulos encontrados, foram estabelecidas escalas (o professor recomendou de 2 ou 3 cm) para desenhar o paralelogramo no papel. Para o desenho desses paralelogramos: observando o nó A na Figura 1, os lados do paralelogramo seriam conforme as direções de T2 e T3, enquanto a diagonal deveria ser o oposto de T1. Após a determinação de uma escala para T’1, é possível dizer os valores de T1 e T2 medindo seus segmentos. No nó B, o procedimento é o mesmo (desenhar, analisar e medir), mas a força T4 que será levada em consideração para ter seu lado oposto (T’4) como diagonal, pois seu valor é igual a T3 (T4 = T3), basta olhar para o sistema (Figura 1). Se essas medidas no desenho estiverem realmente iguais, o sistema está correto. Após fazer todas essas análises, seria possível descobrir a massa do objeto. Já que o sistema está em equilíbrio, P1 = T1 e P1 = 100gf no nó A. Basta fazer uma regra de três entre a massa e a escala; e entre a variável e o valor de T6 (que foi encontrado através dos segmentos do desenho). PROCEDIMENTO (1ª parte) 1 – Certifique-se de que o peso P1 = 100gf no nó A está à esquerda e o peso desconhecido, Pd, no nó B à direita. 2 – Meça os ângulos descritos e reproduza abaixo a geometria para cada nó; (use 5,0 cm para representar 100gf). Figura 2: Parte do procedimento – Nó A Figura 3: Parte do procedimento – Nó B Fonte: Roteiros de Aulas Práticas de Física. DIAS LOIOLA, EDUARDO. Fonte: Roteiros de Aulas Práticas de Física. DIAS LOIOLA, EDUARDO. 5 FUNDAMENTO (2ª parte) EQUILÍBRIO DE UM CORPO RÍGIDO Para que um corpo rígido esteja em equilíbrio, é necessário que: a) A soma vetorial de todas as forças externas que atuam sobre ela seja nula; b) A soma vetorial de todos os torques externos que atuam sobre ele seja nula. Para uma barra uniforme de peso P2 e comprimento L, em equilíbrio sobre os apoios A e B, e com uma carga P1, que pode mover-se sobre a barra, sendo x sua posição em relação a extremidade esquerda, podemos escrever: RA + RB – P1 – P2 = 0 P1x + P2L/2 – RAXA – RBXB = 0 Para a execução dessa segunda parte do experimento, o esquema da Figura 3 foi montado. Os pontos A e B são dinamômetros que deveriam estar a 20cm de cada uma das suas extremidades. A partir disso, o peso da barra poderia ser determinado através da leitura de dois dinamômetros de escala 0,2. O valor encontrado foi de 1,92N. Em seguida, foi utilizado um peso de 50g para percorrer a barra de acordo com as posições indicadas na tabela a seguir, registrando os valores marcados pelos dinamômetros (RA e RB) em cada variação. 3 – Faça a massa de 50g percorrer a barra (régua) de acordo com as posições indicadas na Tabela 1, a partir do 0 (extremidade), anotando os valores das reações RA e RB (leitura dos dinamômetros). Figura 3: Esquema para equilíbrio de um corpo rígido Fonte: Roteiros de Aulas Práticas de Física. DIAS LOIOLA, EDUARDO. 6 Tabela 1. Leitura dos dinamômetros 4 – Trace, abaixo, em um mesmo gráfico, as reações RA e RB em função da posição x (cm); 5 – No mesmo gráfico abaixo, trace os valores de RA + RB em função de x. 5. Questionário 1 – Qual o peso desconhecido obtido na balança? Qual o valor obtido pelo método descrito na 1ª parte desta prática? Qual o erro percentual do valor experimental em relação ao obtido com a balança? O peso obtido na balança foi de 71,7g, o valor obtido pelo método da prática foi de 70gf e o erro percentual foi de aproximadamente 2,3%. 2 – Some graficamente T1, T2 e T3 (use 5,0 cm para representar 100 gf). x (cm) RA (N) RB (N) RA + RB (N) 0 0,80 1,66 2,46 20 0,94 1,48 2,42 40 1,10 1,32 2,42 50 1,20 1,24 2,44 60 1,28 1,14 2,42 80 1,44 1,00 2,44 100 1,60 0,82 2,42 7 3 – Qual o peso da régua (barra) utilizada na 2ª Parte? Em N e em gf. Com a leitura dos dinamômetros obtemos 1,92 N, o que equivale a 195,92 gf. 4 – Verifique, para os dados obtidos com o peso na posição 80 cm sobre a régua, se as condições de equilíbrio são satisfeitas (equações 5.1 e 5.2). Comente os resultados. P1x + P2L/2 – RAXA – RBXB = 0 0,05 × 0,8 + 1,92/2 – 1,44 × 0,2 – 1,00 × 0,8 = 0 0,04 + 0,96 – 0,288 – 0,8 = 0 – 0,088 = 0 O que se pode observar é que o corpo não está totalmente em equilíbrio, mas que está bem próximo, pois o valor é quase 0. 5 – Calcule os valores esperados para as reações RA e RB (em gf) medidas nos dinamômetros, para uma régua de 140 cm e 120 gf e um peso de 40 gf colocado na régua na posição x = 100 cm. Considere que um dos dinamômetros foi colocada na posição 20 cm e o outro na posição 100 cm. Fonte: autor Fonte: autor 8 6. Conclusão Com a conclusão desta aula experimental, foi possível obter um conhecimento mais abrangente acerca do equilíbrio. Também se identificou as forças presentes que têm o mesmo módulo e sentidos diferentes em um mesmo sistema e, com isso, concluir que nessas condições, as forças se anulam e a resultante é nula, obtendo estado de equilíbrio. Ainda foi ensinado como reproduzir vetores no papel com seus ângulos e como traçar as retas paralelas para realização do que foi pedido, como a massadesconhecida do objeto, conciliando técnicas de desenho e conceitos físicos. Foi possível identificar também as condições de equilíbrio de um corpo com a execução da parte 2 e calcular seu estado de equilíbrio. Como a soma dos dinamômetros não mudava significativamente, por mais que o a massa do objeto a ser movido ficasse em extremidades da tábua ou não. Vale ressaltar ainda sobre as conversões das medidas de grama-força e Newton 7. Referências Publicado por: Mariane Mendes em Mundo Educação. Equilíbrio estático e dinâmico. <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/equilibrio- estatico-dinamico.htm> Acesso em 06/06/2019. Imagens: Roteiros de Aulas Práticas de Física. DIAS LOIOLA, EDUARDO https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/equilibrio-estatico-dinamico.htm https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/equilibrio-estatico-dinamico.htm
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