FORÇA
Experimento II
Professor: Dr. Marcelo Tozo de Araújo
Alunos: Antonio Carlos P. de M. Filho
Helen Carolina F. Santos
Laura do Planalto Souza
Luana Carmo de Souza
Disciplina: Física Mecânica
Rio Verde/GO
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Relatório sobre Força
Tipologia: Provas
2017
1 / 12
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FORÇA
Experimento II
Professor: Dr. Marcelo Tozo de Araújo
Alunos : Antonio Carlos P. de M. Filho Helen Carolina F. Santos Laura do Planalto Souza Luana Carmo de Souza
Disciplina: Física Mecânica
Rio Verde/GO
- 05/
Vemos na figura 2, que existem 4 forças atuando sobre a menina. Estamos aqui desconsiderando a força N e a força de atrito. Temos F1 e F4, que são as forças que a menina coloca sobre o objeto, tanto para empurrar a parede, quanto para se manter em pé. Mas em contrapartida, temos as forças F2 e F3, que são da parede e do chão respectivamente, retribuindo na mesma intensidade a força que a menina está colocando. Temos que com isso as forças F1 / F2 e F3 / F4 se anulam. Força é uma grandeza vetorial e, como tal, possui características peculiares. São elas:
- Módulo: é a intensidade da força aplicada;
- Direção: é reta ao longo da qual a força atua;
- Sentido: é o lado da reta para o qual o esforço foi feito: esquerda, direita, norte, sul, leste, oeste.
A Força Resultante, que é a força que produz o mesmo efeito de todas as outras forças aplicadas a um corpo conforme mostra a figura 3 A, para a obtenção da força resultante faz a somatória vetorial de todas as forças aplicadas e tem uma força resultante figura 3 B.
Figura 3: ( A). Todas as forças aplicadas no objeto; (B) Resultante de todas as forças aplicadas no objeto.
A Força Peso, que está relacionada com a 2ª Lei de Newton, quando um corpo de massa m , sofre aceleração da gravidade e quando aplicada a ele o princípio fundamental da dinâmica aplicando a equação 1:
Equação 1 A esta força, chamamos Força Peso, e podemos expressá-la como: Equação 2 Ou em módulo: Nesta expressão, temos que m é constante, e a força peso, irá variar quando não estivermos nas proximidades da Terra. Caso estejamos na Terra, temos a gravidade constante e a força peso, irá mudar com a variação da massa.
A Força Normal, é exercida pela superficie sobre o corpo, atuando sempre de forma perpendicular a superficie, figura 4.
Figura 4: Apliciação da força P (peso), e força N (normal)
A Força de Atrito (Fat) acontece quando aplica uma força sobre um corpo, em uma superfície, e este acaba parando. A força de atrito é uma força oposta ao movimento, e o aumento do Fat, é caracterizado pela: natureza ou rugosidade da superfície (coeficiente de atrito μ), força normal de cada corpo, dissipa no meio energia cinética em qualquer outra energia. A força de atrito é calculada pela seguinte relação, equação 3: Equação 3 Onde: μ: coeficiente de atrito (adimensional); N: Força normal (N).
A Força Elástica, é a força contraria ao movimento de um corpo, devido ao contato deste com a mola figura 5. Com os estudos da deformação da mola, Robert Hooke, verificou que a deformação da mola aumenta proporcionalmente com a força aplicada. Com esta descoberta ele estabelece uma lei, que é chamada Lei de Hooke, equação 4.
Equação 4 Onde: F: intensidade da força aplicada (N); k: constante elástica da mola (N/m); x: deformação da mola (m).
Figura 5: Representação da Força Elástica
A constante elástica da mola depende principalmente da natureza do material de fabricação da mola e de suas dimensões. Sua unidade mais usual é o N/m (Newton por metro) mas também encontramos N/cm; kgf/m, etc.
m.g.senƟ = μ.m.g.cosƟ
Cancelando a gravidade e a massa (m.g), e passando cosƟ, para o outro termo temos a equação 7:
μ = senƟ÷cosƟ = tanƟ Equação 7
A partir da equação 7, podemos dizer que o coeficiente de μ, pode ser calculado pela tangente do ângulo de inclinação do plano. Este conceito foi obtido através do bolo parado, mas ela pode ser utilizada, também para o bloco em movimento. No caso, do bloco em movimento, o valor calculado corresponde ao máximo valor do coeficiente de atrito possível.
OBJETIVOS Este experimento teve por objetivo, fazer a aplicação da 2ª Lei de Newton, visualizar as forças atuantes no plano inclinado, compreender a decomposição das forças, aplicar o conceito de força elástica, fazer a identificação do coeficiente de atrito sobre a superfície.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização do experimento foi utilizado os seguintes equipamentos:
- Conjunto de plano inclinado com base de sustentação e rampa de inclinação ajustável;
- Corpo de prova de madeira;
- Massas acopláveis cilíndricas;
- Dinamômetro com precisão de 0,02 N e escala máxima de 2 N;
- Escala angular. O experimento foi dividido em 3 partes, sendo elas:
- PARTE I: Identificação de Peso e massa Neste primeiro momento, foi preso ao bloco de madeira o dinamômetro, e pesado e anotado o valor medido. Após, considerando que havia o equilíbrio entre a força elástica e a força peso, foi estimado o valor da massa do bloco de madeira aplicando a 2ª Lei de Newton.
- PARTE II: Plano Inclinado Nesta segunda, parte o dinamômetro, foi fixado ao plano inclinado, e de acordo que ia mudando o ângulo do plano inclinado, era medido o valor que estava marcando no dinamômetro.
- PARTE III: Força de Atrito Nesta terceira parte, o dinamômetro foi retirado do plano inclinado, e deixou somente o bloco de madeira sobre a superfície do plano. O bloco de madeira tinha 2 superfícies: uma lisa e outra com um aderente. No primeiro momento, colocou sobre a superfície do plano o bloco de madeira na sua parte lisa, e foi variando o ângulo de inclinação, até que o bloco desça. E da mesma forma, foi feito com o outro lado do bloco de madeira, e anotado o ângulo de inclinação. A imagem 1, mostra a representação do experimento.
Imagem 1: Representação do experimento, de imagem desqualificada.
RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados serão descritos por partes, conforme foi com o experimento:
- PARTE I Valor bloco de madeira com o dinamômetro: (Considerando que a força elástica e a força peso estavam em equilíbrio.)
0,68 N A partir de 0,68 N, foi calculado a massa, aplicando a 2ª lei de Newton, equação 1. P = m.g E encontrado a massa do corpo de madeira de 0,068 kg.
- PARTE II A tabela 1, apresenta os valores de inclinação do plano inclinado a força elástica (marcada pelo dinamômetro), e a força de atrito, todas estas, referente a variação de inclinação. Ângulo (°) Força Elástica (N) Força de Atrito 0 0 0
Tabela 2: Relação do ângulo do plano inclinado, com as forças peso.
Gráfico 2: Relação entre o ângulo e as forças decompostas em (x e y) De acordo com o gráfico 2, é possível perceber que a medida que o ângulo aumenta, tem-se o crescimento da força peso da componente em x (lado esquerdo), e o decréscimo da força peso da componente em y (lado direito).
- PARTE III
Para a parte lisa.
A partir do ângulo de 16°, o bloco de madeira começou a deslocar. Com este valor de ângulo, foram feitos os cálculos para o coeficiente de atrito (equação 7), a força de atrito (equação 3), e a aceleração do bloco, para este consideraremos as equações (1, 5 e 6). Os resultados estão demonstrados na tabela 3. Dedução de fórmula para o cálculo da aceleração. Considerando a equação 1:
P = m. a
E que em P, tenho as resultantes em x e y.
Px – Py = Fat – FN Equação 5 e 6
m.g.senƟ – m.g.cosƟ.μ = m.a
Cancelando as massas, e isolando g, temos a equação 8:
a = g.(senƟ – cosƟ.μ) Equação 8
Ângulo (°)
Coeficiente de atrito (μ)
Força de Atrito (N)
Aceleração do bloco (m.s -2^ ) 16 0,28 0,182 1, Tabela 3: Apresentação dos valores para a parte lisa do bloco de madeira.
Para a parte com aderente.
Não houve deslocamento do bloco, em nenhum dos ângulos. Considerando o ângulo de 35°, (o ultimo ângulo permitido pelo equipamento), e seguindo a mesma metodologia aplicada a parte lisa, obtemos a tabela 4.
Ângulo (°)
Coeficiente de atrito (μ)
Força de Atrito (N)
Aceleração do bloco (m.s -2^ ) 35 0,70 0,385 Não houve deslocamento Tabela 4: Apresentação dos valores para a parte com aderente do bloco de madeira A considerar a força de atrito e o coeficiente de atrito entre os dois lados do bloco, notamos que houve um aumento considerável tendo a diferença do μ = 0,42 e do Fat = 0,203. No lado do bloco que contém um aderente, não houve aceleração em nenhum dos ângulos aplicados.
CONCLUSÃO O experimento foi conduzido com êxito. Obtemos resultados satisfatórios. Conseguimos visualizar na pratica a atuação das forças e o conteúdo ministrado nas aulas teóricas.