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UNIVERSIDADE CATÓLICA DO SALVADOR – UCSAL DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS BACHARELADO EM ENGENHARIA QUÍMICA FÍSICA EXPERIMENTAL I MATUTINO Amanda Carmo Santos FORÇAS DE ATRITO ATUANTES NUM MÓVEL SITUADO SOBRE UMA RAMPA (Experimento 9) Salvador 2021 2 1 INTRODUÇÃO O presente relatório tem como objetivo estudar a força de atrito ativa de um corpo presente em uma rampa, sendo capaz de compreender o atrito estático, cinético e a atuação das forças de atrito estático e cinético. Dessa forma, o relatório será associado ao roteiro do experimento 09 do caderno de práticas da UCSAL “Máquina simples: forças de atrito atuantes num móvel situado sobre uma rampa” e ao vídeo “Medindo o coeficiente de atrito” da Editora Galera da Física. Sobre a força de atrito, tem-se que A força de atrito é uma força de oposição à tendência do escorregamento. Tal força é gerada devido a irregularidades entre as duas superfícies que estão em contato. A força de atrito depende da força de compressão que o objeto faz com a superfície de apoio. Essa força de compressão é representada pela força normal. (BISQUOLO, 2009). A força de atrito pode ser classificada de duas formas, sendo elas A força de atrito estática ocorre quando a força aplicada em um corpo não é suficientemente maior que a força de atrito em questão, então o corpo não entra em movimento. A propriedade da superfície nesse caso denomina-se coeficiente de atrito estático. Já a força de atrito cinético ocorre quando a força aplicada em um corpo consegue ser suficientemente maior que a força de atrito em questão, consequentemente, o corpo acaba entrando em movimento. A propriedade da superfície geradora da força de atrito nesse caso é denominada coeficiente de atrito cinético. A diferença entre ambas é apenas a propriedade da superfície denominada coeficiente de atrito que pode ser estático ou cinético. (RODRIGUES, 2014). De acordo com o professor do vídeo “Medindo o coeficiente de atrito”, ângulo crítico “é o limite máximo de inclinação que um corpo se dispõe”. Quando um corpo é colocado sobre um plano inclinado, na situação do vídeo, a força peso está sendo equilibrada na superfície através da componente normal e de atrito. A medida em que a inclinação do plano aumenta, a componente normal diminui, aumentando a componente atrito. Havendo um aumento na inclinação do plano, a componente normal diminui e a componente atrito aumenta, portanto, 3 nessa progressão, haverá um momento em que a força de atrito atingirá seu valor limite, logo, não poderá mais aumentar. Consequentemente, caso haja um aumento na inclinação, o corpo irá escorregar. Portanto, esse ângulo no qual o corpo fica prestes a escorregar é denominado ângulo crítico. O procedimento experimental consta em realizar a medição coeficiente de atrito. Para isso, o professor relata que pode-se obter o valor máximo do coeficiente de atrito através da força normal correspondente. Após isso, mede- se o peso do bloco será medida, assim como a força de atrito, que será medidas mais vezes para termos a média dos valores. O professor explica um outro meio de encontrar o coeficiente de atrito, que se dá ao colocar um corpo sobre um plano inclinado, para que possa determinar o valor a partir desse ângulo. Por fim, coloca dois blocos com pesos diferente sobre o plano inclinado e assim observa qual bloco será o primeiro a se mover desde os ângulos. Os materiais utilizados no experimento são: ● 01 dinamômetro; ● 01 anel com fio de poliamida; ● 02 blocos de madeira; ● 04 livros; ● 01 plano de inclinação. 2 RESULTADOS E ANÁLISES Figura 1 – Medindo o coeficiente de atrito, [6:25] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ktrPEAW6BL0 4 O vídeo “Medindo o coeficiente de atrito” é uma aula prática que tem como objetivo determinar o coeficiente de atrito. A partir minutagem 2:35, o professor dispõe o bloco de madeira sobre um plano inclinado, no qual está apoiado nos livros. Após isso, realiza a medição do ângulo crítico e da tangente, resultando em θ = 14º e µ = tg14º = 0,25, respectivamente. O peso médio do bloco de madeira utilizado no vídeo é de PM = 5N. Justificando o item 3.5 do caderno de práticas da UCSAL, o movimento relativo de deslizamento entre as superfícies envolvidas somente ocorre para valores acima de certo limite da força aplicada ao bloco de madeira. Aumentando a inclinação do plano, a componente normal diminui, gerando aumento na componente atrito. Logo, ao aumentar a inclinação do plano, a componente normal se diminuirá e a componente atrito aumentará. Em certo momento, a força de atrito atingirá seu valor limite, logo, não poderá mais aumentar. Dessa forma, caso haja um aumento na inclinação, o corpo irá escorregar. Embora o vídeo e o caderno de práticas utilizem coincidentemente um ângulo de 15º, as diferenças se dão no plano de inclinação, nas superfícies, e no vídeo, o bloco é de madeira, enquanto o do caderno de práticas é uma superfície esponjosa. Conforme solicitado no item 3.4 do caderno de práticas, a figura 2 representa o diagrama de forças atuantes sobre o bloco de madeira. Figura 2 – Desenho esquemático (1) contendo o diagrama de forças atuantes sobre o bloco de madeira. Fonte: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/plano-inclinado-com-atrito.htm 5 Para calcularmos a força de atrito estático solicitada no item 3.6 do caderno de práticas, utiliza-se Fate = μe.N, onde: μe é o coeficiente de atrito estático e N é a força normal. Dessa forma, temos que: Fate = 0,25x5N ⸫ Fate = 1,25N. De acordo com os procedimentos 3.11 e 3.12 do caderno de práticas, conforme o diagrama de forças elaborado, prova-se matematicamente que, de acordo com as equações: N = P.cosα, Fe = P.senα e μe = tgα, tem-se: senα = 𝐹𝑒 𝑃 e cosα = 𝑁 𝑃 , então, 𝑠𝑒𝑛α 𝑐𝑜𝑠α = 𝐹𝑒 P⁄ 𝑁 P⁄ ⇒ tgα = 𝐹𝑒 𝑁 ⸫ tgα = μe Portanto, provou-se matematicamente o solicitado. O desafio proposto pelo professor consiste em utilizar dois blocos de madeira com massas diferentes. Inicialmente, ele colocou o papel nas superfícies dos blocos de forma que o contato no plano seja o mesmo. Após isso, ele relata que o plano será inclinado, para que os alunos possam deduzir qual dos dois blocos será escorregado primeiro. Figura 3 – Medindo o coeficiente de atrito, [6:25] Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=ktrPEAW6BL0 3 PESQUISA a) O vídeo proposto pelos alunos Ana Carolina Apolinario, Célio Moura e Pedro Leal, inicia-se com um deles apresentando os materiais que serão utilizados para a realização da prática, que são: uma tábua, um transferidor, um ponto de apoio e um objeto deslizante (controle remoto). Segundo ele, essa experiência consiste numa metodologia que 6 demonstra como medir o coeficiente de atrito com a medida de um ângulo formado com a horizontal em relação ao plano inclinado. Figura 4 – Experimento de Física 1: Plano Inclinado - Com Ana Carolina Apolinario, Célio Moura e Pedro Leal, [2:19] https://www.youtube.com/watch?v=eMPJvjyECS8 Ao decorrer do vídeo, o aluno calcula o valor do coeficiente de atrito através da fórmula Fate = μe.N, onde ele explica as variáveis e deduz matematicamente até encontrar o valor da tangente do ângulo. Figura 5 – Experimento de Física 1: Plano Inclinado - Com Ana Carolina Apolinario, Célio Moura e Pedro Leal, [2:19] https://www.youtube.com/watch?v=eMPJvjyECS8 Por fim, ele realiza dois cálculos para dois corpos com ângulos distintos. O primeiro corpo é o controle remoto que resulta na tg25º ≅ 0,47 e o segundo corpo é o bloco de madeira que resulta na tg31º ≅ 0,6. b) Pontos fortes: o vídeoé explicativo; o experimento é realizado com materiais de baixa aquisição; o aluno introduz o assunto, mostrando 7 domínio do conteúdo; realiza questão e utiliza dois corpos distintos para o cálculo. Pontos fracos: apenas uma pessoa apresenta o vídeo; embora conceitue o assunto, o aluno fala muito rápido, impossibilitando de entender em alguns momentos; o aluno poderia apresentar melhor os materiais utilizados; a realização do experimento poderia ser feita de força mais devagar para que pudéssemos perceber o que estava acontecendo e não houve considerações finais. Figura 6 – Experimento de Física 1: Plano Inclinado - Com Ana Carolina Apolinario, Célio Moura e Pedro Leal, [2:19] https://www.youtube.com/watch?v=eMPJvjyECS8 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Através da realização do experimento, pôde-se compreender que, podemos decompor a intensidade da força que é aplicada em uma direção através do plano inclinado, que está presente, como por exemplo, nas rampas. A associação do vídeo “Medindo o coeficiente de atrito” da Editora Galera da Física ao roteiro do experimento 9 do caderno de práticas da UCSAL foi de grande valia, notou-se que ambos fizeram o mesmo procedimento, se diferenciando apenas no tipo de superfície, como o bloco e o plano inclinado, mas que não altera a compreensão da prática. 8 REFERÊNCIAS FONTES, Luiz Carlos A. de A. Caderno de roteiros das aulas práticas de Física Experimental II/UCSAL, 2017.1 Disponível: www.ucsal.br\ead. BISQUOLO, Paulo A. Força de atrito - Entenda o que são atrito estático e atrito cinético. Disponível em: < https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/forca-de-atrito-entenda-o-que-sao- atrito-estatico-e-atrito-cinetico.htm>. Acesso em 07 mai 2021. JÚNIOR, Joab Silas da Silva. O que é força de atrito? Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-forca-atrito.htm. Acesso em 07 de mai de 2021. HELERBROCK, Rafael. Plano Inclinado. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/plano-inclinado.htm>. Acesso em 07 de mai de 2021.
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