Experimento de Roldanas Simples na Física

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INSTITUTO SUPERIOR DE TEOLOGIA APLICADA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
TURMA 13 - NOITE
FÍSICA EXPERIMENTAL I
PROFESSORA: FRANCINALDA ARAGÃO CARNEIRO
AULA PRÁTICA DE FÍSICA EXPERIMENTAL
CONJUNTO DE ROLDANAS SIMPLES
MARIA GISLANNY PONTES RIBEIRO
2018208936
Sobral - CE
2019.1
CONJUNTO DE ROLDANAS SIMPLES
 OBJETIVO
O objetivo deste experimento é trabalhar com polias fixas e móveis, analisar seus funcionamentos de sistema de roldanas. Estudar corpos em equilíbrio, determinar uma força e a força resultante, mostrar de que modo às roldanas podem ser usadas para economizar esforços e observar a o deslocamento da carga com relação à força aplicada. 
INTRODUÇÃO
Ao longo de sua história, o ser humano procurou melhorar suas condições de trabalho, principalmente no que se refere à redução de seu esforço físico. Para isso, o homem utilizou, inicialmente, meios auxiliares que lhe permitissem realizar trabalhos de modo mais fácil e com o menor gasto possível de sua força muscular. Esses primeiros meios foram à alavanca, a roda (roldana) e o plano inclinado que, por sua simplicidade, ficaram conhecidos como máquinas simples.
Desde que máquinas são usadas para exercer uma grande força pela aplicação de uma força menor, uma máquina pode ser vista como tendo uma vantagem de força ou vantagem mecânica. Para uma dada força resistente, a quantidade de força aplicada dependerá do tipo da máquina e da quantidade de atrito presente.
Polias ou roldanas se enquadram na categoria das “maquinas simples”. Associando-as, pode-se elaborar diversas configurações que proporcionam vantagens mecânicas e, por isso, são de grande utilidade em aplicações práticas. Com elas pode-se multiplicar a força de dispositivos com motores, solenoides, adicionares de diversos tipos e até a força muscular. 
Se uma máquina simples eleva um peso W através de uma altura h pela aplicação de uma força F a qual é movida através de uma distância d, na ausência de perdas por atrito o trabalho realizado W⋅ h é igual ao trabalho fornecido F⋅ d. Havendo atrito, tem-se W⋅ h ≠ F⋅ d e, portanto, W / F ≠ d / h .
Os parâmetros que se seguem são alguns dos utilizados na avaliação mecânica de uma máquina simples.
Vantagem Mecânica Ideal, VMI, é a relação entre o deslocamento d realizado pela força Fs e o consequente deslocamento vertical h produzido na carga W. 
Vantagem Mecânica Real, VMR, é a relação entre o módulo W da carga e o módulo F, da força necessária para elevar a carga numa velocidade constante.
Como a relação d / h não é influenciada pelo atrito, VMI representa a vantagem mecânica sob condições ideais, ou seja, onde o atrito estaria ausente. Como o atrito está sempre presente tem-se VMI > VMR.
Eficiência ou rendimento, η (letra grega, pronuncia-se eta), duma máquina é a relação entre o trabalho realizado pela carga W e o trabalho fornecido pela força F, ou seja;
Relação Entre Velocidades, Rv, é a relação entre a velocidade vF do ponto de aplicação da força Fs e a velocidade vw da carga. Assumindo-se que essas velocidades são pequenas de modo a poder-se considerá-las como uniforme e como os tempos de deslocamento de Fs e W são iguais, tem-se; Vê-se que, numa máquina, multiplica-se força em detrimento de velocidade e vice-versa.
	Aplicações: As roldanas têm sido usadas desde os tempos mais remotos, sempre com a função de ajudar a elevar objetos pesados, como por exemplo: Nos poços de água, para alterar o sentido da força que puxa o balde.
	
	Roldana fixa: É uma máquina simples, cuja finalidade é alterar a direção e o sentido de forças transmitidas por cordas, sem alterar o módulo das mesmas. Esta definição é válida para roldanas ideais, que não tem atrito, e cuja massa é desprezível. A influência da massa da roldana só é importante em sistemas acelerados. 
 	Vantagem mecânica em roldana fixa: neste sistema de roldanas, vale um sua função com maquina simples e apenas a de inverter o sentido da força aplicada, isto é, aplicamos uma força de cima para baixo numa das extremidades numa das extremidades da polia na corda, a polia transmite à carga, para levanta-la com uma força de baixo para cima.
	
	Roldana móvel: Diminuem a intensidade do esforço necessário para sustentar um corpo, pois parte desse esforço é feito pelo teto que sustenta o conjunto. 
	Vantagem mecânica roldana móvel: A polia móvel raramente é utilizada sozinha, dado o inconveniente de ter que puxar o ramo de corda da potência para cima. Normalmente vem combinada com uma polia fixa. Para tal montagem tem-se: F = R/2; VM = 2 e dp = 2.dr. Assim, para que a carga suba de "1m" o operador deve puxar s eu ramo de corda para baixo, de "2m".
MATERIAIS UTILIZADOS 
Os materiais utilizados na execução do experimento foram:
1. Suporte com roldana fixa
2. Roldana móvel
3. Porta peso
4. Peso 
5. Ganchos 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
	O experimento foi realizado de acordo com os seguintes passos ambos para roldanas fixa e móvel:
· Ajustou-se o suporte para que o mesmo não ficasse inclinado;
· Com o dinamômetro, após ajuste do zero, mediu-se o valor da força resistente FR (peso do conjunto formado pelo gancho lastro);
· Mediu-se o valor da força equilibrante FM  através do dinamômetro preso na extremidade da linha no sentido vertical;
· Com o auxilio da régua mediu-se uma distância dM relacionada com a força motriz exercida na extremidade do sistema e a distancia dR relacionada com a força resistente;
· Com o auxilio do dinamômetro mediu-se o menor valor de força necessária para imprimir um movimento retilíneo uniforme à carga. Percebeu-se que este valor é o mesmo valor da força equilibrante medida anteriormente;
· Foram realizados os cálculos como mostrado na seção seguinte.
 
 
 
 
 
 
 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
	Para a primeira experiência foi medido a força resistente e a força motora para determinar a vantagem mecânica real.
	FORÇA RESISTENTE
	2 N
	FORÇA MOTORA
	2 N
	MECANICA REAL
	1
Foi analisado que a roldana fixa não diminui o peso, mas troca o sentido da força, então temos uma VMR=1,também pode-se comprovar a relação do braço maior e menor , isto é quanto maior for o braço menor será a força aplicada.
Para a Segunda experiência foi medido a força motora, bem como a força resistente para a determinação da vantagem mecânica, e as distâncias percorridas pelas respectivas forças para determinar a vantagem mecânica ideal.
	FORÇA MOTORA
	0,42 N = 2 N
	FORÇA RESISTENTE
	0,84 N
D1= 25cm DR=D2-D1=33-25=8cm =2
D2=33cm DM=16cm
Para a terceira experiência foi montada a figura de acordo com o guia, foi medido a força motora bem como a força resistente para a determinação da vantagem mecânica, para a talha exponencial de n=3.
FM=0,32N =8
FR=2,56N
Conclui-se que para uma talha exponencial de n roldanas moveis teremos uma vantagem da ordem onde n é o número de roldanas moveis. 
Para a quarta experiência foi montada a figura de acordo com o guia, foi medido a força motora bem como a força resistente para a determinação da vantagem mecânica, para o cardinal paralelo com seis roldanas.
FR=2,8 N ≈6
FM=0,467N
Para determinarmos a Vantagem Mecânica Ideal (VMI) do sistema 1 de roldana mediu-se uma primeira posição d¹ = 25,5 cm no porta-peso e mediu-se o deslocamento na vertical h¹ = 0,0 cm no peso P em relação à base. Em seguida, com o sistema deslocado para outra posição mediu-se a altura d² = 16,5 cm e no porta-peso e o deslocamento na vertical h² = 9,0 cm com alturas relativas ao mesmo referencial. Como a VMI é a relação entre o descolamento d realizado pela força F e o consequente deslocamento vertical h produzido na carga W.
· F = 0,5 ± 0,1 N (Força necessária para elevar a carga a uma determinada altura).
· P = W = 0,46 ± 0,10 N (Módulo da força peso do aço mais a força peso do suporte)
Para determinarmos a Vantagem Mecânica Ideal (VMI) do sistema 2 seguimos o mesmo processo do sistema 1
· F = 0,58 ± 0,1 N (Força necessária para elevara carga a uma determinada altura).
· P = W = 1,14 ± 0,10 N (Módulo da força peso do aço mais a força peso do suporte). 
Observação importante: O experimento foi realizado uma única vez, com cada objeto proposto. 
CONCLUSÃO
Ao termino desse relatório, foi feita uma avaliação das vantagens mecânicas e eficiência de um sistema de roldanas, o qual nos permite constatar que o sistema 2 apresenta vantagens mecânicas mais consideráveis que o sistema 1. Já a eficiência do sistema é inversamente proporcional a quantidade de roldanas existentes no sistema, ou seja, no sistema 2 a presença de uma roldana fixa e outra móvel, torna a eficiência menor se comparado com o sistema 1 que contem apenas uma roldana fixa. As perdas do sistema 1 são maiores que a do sistema 2.
Analisando as distâncias percorridas por um peso qualquer de massa “M kg”, nos sistemas, foi observado que no sistema 2 que a distância percorrida pela força motora é o dobro da distância percorrida pela força resistente.
Para a talha exponencial conclui-se que para uma talha exponencial de n° roldanas moveis teria uma vantagem mecânica da ordem onde n é o número de roldanas moveis. Para o cardenal paralelo foi analisado que a vantagem mecânica é igual ao número de roldanas. Então conclui-se que usando a talha exponencial se obtém uma vantagem maior do que usando o cardenal paralelo.
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REFERÊNCIAS
TodaMateria – Polias; Disponível < https://www.todamateria.com.br/polias/ > Acesso em 15/06/2019
Aluno Online – Aplicando as leis de Newton nas roldanas; Disponível em < https://alunosonline.uol.com.br/fisica/aplicando-as-leis-newton-nas-roldanas.html > Acesso em 15/06/2019
SOBiologia – Roldanas e Polias; Disponível em <https://www.sobiologia.com.br/conteudos/oitava_serie/mecanica20.php > Acesso em 15/062019
E-fisica - Mecânica básica- polias; Disponível em <http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/maquinas/polia/ > Acesso em 15/06/2019
Educacional - Composição de uma roldana ou polia; Disponível em <http://www.educacional.com.br/upload/blogSite/2348/2348873/9736/UT%2004%20-%20Polias%20e%20Roldanas862012121357.pdf> Acesso em 15/06/2019