Relatório Física 1: Força de atrito

Relatório Física 1: Força de atrito

Ministério da Educação

Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Engenharia De Computação

RELATÓRIO EXPERIMENTAL DE FÍSICA I.

FORÇA DE ATRITO.

Equipe:

Anderson Marcos Witkovski

André Lucas Silva

Luis Felipe Benedito

Professor:

Gerson Feldmann

Pato Branco - PR

2009

RESUMO

O experimento tem como objetivo mostrar a existência de uma força entre dois corpos que interagem entre si, essa força é chamada força de atrito.

INTRODUÇÃO

A muito tempo os pré-históricos quando descobriram o fogo também descobriram a força de atrito já que o choque entre duas pedras produzia faíscas, com isso os nossos primitivos deixavam folhas e galhos secos próximos as faíscas produzidas para que o fogo fosse produzido. Podemos ainda observar o atrito em muitas outras coisas que fazemos como por exemplo: quando acendemos um fósforo, quando caminhamos, quando escrevemos, quando um motor de carro funciona e até mesmo quando soltamos um corpo no ar.[1]

A força de atrito existe somente quando acontece uma interação mecânica entre as superfícies de dois corpos ou a tendência de movimento entre elas causada por outras forças externas, a energia produzida do movimento entre as superfícies são totalmente convertidas em forma de calor. Para o cálculo da força de atrito existem, além da força normal, dois tipos de coeficiente de atrito: coeficiente de atrito estático e coeficiente de atrito cinético, esses coeficientes dependem do material que compõem o corpo estudado. Todos os corpos que estudamos por mais liso que seja sua superfície possui uma rugosidade, essas rugosidades podem ser microscópicas ou macroscópicas.

Contudo, elaboramos dois experimentos, no primeiro deixamos um bloco de madeira inicialmente parado sobre um plano inclinado, medimos o ângulo formado pela superfície do plano inclinado com a base quando o bloco começa a desenvolver um movimento. Já no segundo tínhamos sobre uma bancada um bloco preso por uma corda que passa por uma roldana e se conectava ao outro bloco que encontrava-se suspenso, nesse segundo experimento calculamos a distância do bloco suspenso até o chão e o deslocamento do bloco sobre a bancada quando solto.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Quando um corpo encontra-se em repouso temos que a soma das forças atuantes nele é zero, assim temos que o modulo da força normal(N) é igual ao módulo da força peso(P) que age sobre o corpo:

N

P

Agora, quando exercemos uma força nesse mesmo bloco temos que surge uma força paralela a superfície e com sentido oposto a força que exercemos, o atrito, por essa característica temos que a força de atrito será sempre contraria ao movimento ou a tendência de movimento.

A força de atrito (Fat) é diretamente proporcional a força normal que a superfície exerce sobre o bloco, desta forma quanto maior a força normal maior será a força de atrito. A força de atrito ainda depende do material constituinte do corpo, pois cada material possui um coeficiente de atrito(μ) diferente e ainda temos que para uma interação entre duas superfícies que não desenvolvem movimento uma em relação a outra usamos o coeficiente de atrito estático(μe), já quando ocorre movimentos entre as superfícies utilizamos o coeficiente de atrito cinético(μc), em geral o coeficiente de atrito estático sempre será maior que o coeficiente de atrito cinético.

Podemos calcular a força de atrito a partir da seguinte equação:

Fat=μ.N

A partir dela podemos calcular a força de atrito em duas diferentes situações, quando ocorre movimento entre as superfícies de contato onde utilizamos o coeficiente de atrito cinético ou quando as duas superfícies encontram-se em repouso um em relação a outra usando o coeficiente de atrito estático para o cálculo:

Fe=μe.N Fc=μc.N

Ao aplicarmos uma força a um corpo e ele não apresentar nenhum movimento temos que a força aplicada ainda esta sendo equilibrada pela força de atrito, essa força de atrito é denominada como atrito estático. Agora, quando o bloco começar a exercer um movimento temos que a força que aplicamos se torna maior que a força de atrito fazendo dessa força com que seja possível o movimento, já nesse caso o atrito é chamado de cinético.[2]

Contudo, ao aplicarmos uma força a um corpo em repouso observamos que a força de atrito estático também aumenta, porém até atingir um valor máximo, a partir daí o corpo se desprende da superfície movimentando-se na mesma direção da força aplicada:[3]

Valor máximo da forca de atrito estático

Início do movimento

Força de atrito

Força cinética aproximadamente constante

Tempo

O coeficiente de atrito muda seu valor dependendo dos materiais em interação um com o outro, na tabela a seguir podemos observar alguns valores de coeficientes de atrito em diferentes interações:[4]

Materiais

µ estático

µ cinético

Aço / Aço

0,74

0,57

Aluminio / Aço

0,61

0,47

Cobre / Aço

0,53

0,36

Latão / Aço

0,51

0,44

Zinco / Ferro doce

0,85

0,21

Cobre / Ferro doce

1,05

0,29

Vidro / Vidro

0,94

0,40

Cobre / Vidro

0,68

0,53

Teflon / Teflon

0,04

0,04

Teflon / Aço

0,04

0,04

Bronze / Madeira

0,19

0,67

Madeira / Madeira

0,32

0,73

DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

Elaboramos o primeiro experimento com a ajuda de um plano inclinado e um bloco de madeira. Primeiramente colocamos sobre o lado 1 do plano inclinado um bloco de madeira com a superfície lisa em contato, a partir disso aumentamos o ângulo que o plano inclinado formava em relação a base até o exato momento que o bloco começava a deslizar, elaboramos o mesmo experimento usando o lado 2 do plano inclinado e a superfície áspera do bloco.

No exato momento que o bloco começava a deslizar medimos a altura do plano inclinado em relação a base e a distância do inicio do plano inclinado até o ponto onde medimos a altura:

Altura

α

Distância

Coletado os dados do experimento calculamos a tangente entre a altura e a distância, com esse cálculo encontramos o coeficiente de atrito presente no experimento e fazendo a tangente inversa do coeficiente de atrito chegamos ao ângulo que o plano inclinado faz com a base horizontal. Nas tabelas a seguir podemos observar os resultados obtidos:

Plano 1

Bloco s/lixa

Bloco c/lixa

Altura(cm)

2,80

2,80

Distância(cm)

5,90

2,80

Ângulo α

25°

45°

cieficiente μ

0,47

1,00

Plano 2

Bloco s/lixa

Bloco c/lixa

Altura(cm)

2,80

2,80

Distância(cm)

6,90

2,90

Ângulo α

22°

44°

cieficiente μ

0,41

0,97

No segundo experimento esquematizamos os matérias de modo que um bloco A ficasse sobre uma bancada e preso por uma corda que passava por uma roldana e se conectava a um outro bloco B suspenso da seguinte forma:

A

d

h

B

h

Inicialmente medimos a massa do bloco A e obtivemos 217g, já no bloco B a massa medida é 503g. Posteriormente, com a superfície do bloco A sem a lixa em contato com a bancada medimos a altura h que o bloco B estava do solo e obtivemos 13.5 cm. A partir disso soltamos o bloco A, dessa forma o bloco B exercia uma força fazendo com que o bloco A desenvolvesse uma aceleração, depois de todo esse processo medimos também o deslocamento d do bloco A sobre a bancada e o valor encontrado foi 29.2cm. Utilizamos o mesmo processo com o lado do bloco A com lixa, porém o deslocamento d foi de 21.5cm.

Após coletarmos todos esses dados, calculamos com ajuda das regras do movimento uniformemente variado a aceleração e a velocidade desenvolvida pelo bloco A ao longo da altura h. Calculamos também a desaceleração e o atrito no trecho d e o coeficiente de atrito entre a bancada e o bloco A.Os resultados calculados segue na tabela a seguir:

 

Com lixa

Sem lixa

Aceleração (m/s²)

6,85

6,85

velocidade (m/s)

1,36

1,36

Desaceleração (m/s²)

-3,16

-2,33

Força de atrito (N)

-0,68

-0,51

Coeficiente de atrito µ

0,32

0,24

CONCLUSÃO

Medimos no primeiro experimento a altura e a distância do inicio do plano inclinado até o ponto onde medimos a altura, com isso temos o cateto oposto e o cateto adjacente de um triângulo retângulo formado, calculamos então a tangente com o cateto oposto e o cateto adjacente, esse procedimento nos dá como resultado o coeficiente de atrito entre os materiais estudados. Observamos ainda que quando usamos a superfície com lixa o coeficiente de atrito é maior se comparado com o coeficiente de atrito usando a superfície lisa do bloco, isso ocorre pois a superfície da lixa apresenta macroscopicamente falando muitos picos e vales em sua superfície o que faz com que o atrito seja maior com a superfície da bancada.

No segundo experimento mudamos somente a superfície de contato com a bancada, desta forma a distância do bloco B até o chão será sempre a mesma, a partir disso obtivemos que a aceleração e a velocidade no trecho h serão as mesmas tanto quando usamos a superfície lisa do bloco A ou quando usamos a superfície mais rugosa, pois a massa do bloco é sempre a mesma nos experimento com as duas superfícies. Além de medir a velocidade e a aceleração medimos também a desaceleração no trecho d, o coeficiente de atrito entre o bloco e a bancada e a força de atrito atuante no bloco no trecho d. Observamos ainda que usando o bloco com a superfície com lixa em contato com a superfície da banca este desacelera mais rapidamente do que quando apoiamos a superfície lisa sobre a bancada, isso ocorre pelo mesmo fato que ocorre no primeiro experimento de que o coeficiente de atrito é maior quando usamos a superfície com lixa do que quando usamos a superfície lisa.

REFERÊNCIAS

[1] http://www.portalimpacto.com.br/docs/2008VestRennanF1Aula11.pdf

[2] Halliday, Resnick, walker-Fundamentos de física, vol.1: mecânica, 8 edição, 2008. Página 127-128.

[3] http://www.cepa.if.usp.br/e-fisica/mecanica/basico/cap19/cap19_01.php

[4] http://www2.unicid.br/telecom/fintel/VII-Fintel/feira/atrito_texto.htm

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