forcas - de - atrito, Notas de estudo de Química

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FORÇAS DE ATRITO

Prof.: ADRIANNE MENDONÇA

FORÇAS DE ATRITO No capítulo sobre as Leis de Newton, usamos as equações de movimento para analisar e calcular os efeitos das forças, mas elas não nos dizem nada sobre as causas das forças. Para podermos compreender o que as origina, devemos ter uma visão microscópicas detalhadas das interações dos corpos com o meio. Tradicionalmente, existem quatro forças básicas, são elas:

1. Força Gravitacional – ocorrem presença de matéria;
2. Força Eletromagnética – é responsável pela ligação de átomos e pela estrutura de sólidos;
3. Força nuclear fraca – causa determinados processos de decaimento radiativo e certas reações entre as partículas mais fundamentais;
4. Força forte – atua entre as partículas fundamentais e é responsável pela coesão do núcleo.

Propriedades do atrito: É demonstrado experimentalmente que, quando um corpo é pressionado contra uma superfície (estando ambos secos e não-lubrificados) e uma força F é aplicada na tentativa de fazer o corpo deslizar sobre a superfície, a força de atrito resultante tem três propriedades: Propriedade 1: Se o corpo não se move, então a força de atrito estático f e e a F paralela à superfície são iguais em módulo e têm sentidos opostos. Propriedade 2: O módulo de f e tem o valor máximo fe,máx dada por onde μe é o coeficiente de atrito estático e N é o módulo de reação normal. Se omódulo da componente de F paralela à superfície for maior do que fe,máx , então o corpo começará a deslizar sobre a superfície.

Propriedade 3: Se o corpo começa a deslizar sobre a superfície, o módulo da força de atrito descreverá rapidamente para o valor fc , dado por Onde é o coeficiente de atrito cinético.Enquanto o corpo desliza, o módulo da força de atrito cinético fc será dado pela equação (2). Nas figuras abaixo, (a) As forças sobre o bloco em repouso. (b)– (d) Uma força externa F , aplicada sobre o bloco, é equilibrada por uma força de atrito estático fe de igual intensidade e de sentido oposto. Conforme F aumenta, fe , também aumenta, até alcançar um valor máximo. Em (e) quando o bloco “rompe” a inércia, é acelerado repentinamente para a esquerda. (f) Se agora o bloco está se movendo com velocidade constante, a força F aplicada deve ser reduzida do valor inicial que possuía no instante imediatamente antes dele iniciar o movimento.(g) Alguns resultados experimentais para a seqüência de (a) até (f).

Verifica-se experimentalmente que A Dinâmica do Movimento Circular Uniforme Em um movimento circular uniforme, o vetor aceleração é dirigido para o centro do círculo e possui módulo O movimento é governado pela equação como em qualquer outro problema dinâmico.

Fig. Um disco de massa m se move com velocidade constante ao longo de uma trajetória circular sobre superfície plana sem atrito. A única força horizontal atuando no disco é a tensão T com a qual o fio puxa o disco; T fornece a força centrípeta necessária para o movimento circular. As forças verticais ( N e m g );

Decomposição T , nas componente radial e vertical: Componente z : (aceleração nula): Componente r:

Das componentes radial e vertical, temos Se t representar o tempo para uma revolução completa, então:

Aplicando a segunda Lei de Newton (para as componentes z e r): Componente z: Componente r: Combinando as equações (1) e (2), obtemos:

A CURVA INCLINADA O bloco da figura (a) ao lado representa um carro ou um vagão que se move com velocidade constante v em uma curva de uma estrada plana de raio de curvatura R. Fig. (a) Estrada plana. Um diagrama de corpo livre para o corpo que se move é mostrada a esquerda. A força centrípeta deve ser fornecida pelo atrito entre os pneus e a estrada. (b) Estrada inclinada. Não é necessário atrito para fazer a curva com segurança.

EQUAÇÕES DE MOVIMENTO: FORÇAS CONSTANTES E NÃO-CONSTANTES Nosso objetivo é descrever como uma partícula se moverá quando sujeita a um conjunto de forças. A análise (em uma dimensão) pode ser representada por: Vamos analisar o caso em que a aceleração é constante (força constante).

Encontramos x ( t ) usando a definição v = dx / dt :

FORÇAS QUE DEPENDEM DO TEMPO: MÉTODO ANALÍTICO Aplicando as Leis de Newton, no caso de algumas forças que dependem do tempo, obtemos uma aceleração a ( t ) que depende do tempo. Procedemos como segue: Cálculo da velocidade: Cálculo da posição:

Exemplo: Um carro está se movendo a 25,0m/s. O motorista avista uma placa que diz “obstáculo na pista a 85m” , o motorista começa frear, com uma desaceleração que depende do tempo com a relação a ( t ) = bt 2, (b = -1,5m/s4). (a) Quanto tempo leva para o carro parar? (b) (b) O carro atinge o obstáculo ou consegue parar antes? Solução: Devemos primeiro obter uma expressão para v( t ), para que possamos encontra o instante no qual v = 0. Em seguida obter uma expressão para x ( t ) e substituir o tempo encontrado anteriormente a fim de encontrar a distância percorrida até o carro parar.