A.L.1.2 ATRITO ESTÁTICO E CINÉTICO

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1 A.L.1.2 ATRITO ESTÁTICO E CINÉTICO FÍSICA 12.ºANO BREVE INTRODUÇÃO Por que será mais fácil empurrar um caixote depois de ele entrar em movimento do que quando está parado? Esta é uma questão que poderá servir para introduzir o estudo experimental das forças de atrito estático e cinético. No 10º ano de escolaridade os alunos já realizaram um trabalho laboratorial onde determinaram a força de atrito cinético. Pretende-se, agora, que estudem mais aprofundadamente quer as forças de atrito cinético quer estático, determinando os factores de que dependem e relacionando entre si os coeficientes de atrito estático e cinético. OBJECTIVOS Identificar as forças que actuam num corpo, quer quando ele é solicitado a mover-se mas continua em repouso, quer após entrar em movimento. Relacionar as forças de atrito estático e cinético com: o a força de compressão entre o corpo e a superfície de apoio, para o mesmo par de superfícies em contacto; o a área (aparente) da superfície de contacto, para o mesmo corpo e material da superfície de apoio; o os materiais das superfícies em contacto, para o mesmo corpo e área das superfícies de contacto. Verificar, experimentalmente, que o coeficiente de atrito cinético é inferior ao estático. 1

2 TRABALHO LABORATORIAL MATERIAL E EQUIPAMENTO (POR GRUPO) blocos paralelepipédicos com faces revestidas de diferentes materiais, e com o mesmo revestimento em faces de áreas diferentes massas marcadas (ou copos com areia fina, caso seja necessário) roldana com pouco atrito suporte para colocação das massas marcadas fita métrica cronómetro ou, em alternativa, sensor de movimento ou fotosensores ligado a um sistema de aquisição de dados (calculadora gráfica ou computador). PROCEDIMENTOS DETERMINAÇÃO DO ATRITO ESTÁTICO MÉTODO 1 1. Montar um plano inclinado, e sobre ele deixar deslizar um corpo (bloco). Determinar o ângulo mínimo de escorregamento do bloco num plano inclinado. 2

3 2. Efectuar três medições para minimizar a incerteza experimental. 3. Fazer variar a. a massa do bloco b. a natureza das superfícies de contacto c. a área de superfície de contacto e determinar novamente o ângulo mínimo de escorregamento. Em cada caso devem ser efectuadas no mínimo três medições. 3

4 MÉTODO 2 1. Coloca-se num plano horizontal o corpo em estudo (bloco), ligado por um fio, que passa numa roldana com pouco atrito, a um suporte suspenso, preso na outra extremidade do fio, onde vão sendo colocadas massas marcadas. 2. Determina-se o valor da massa suspensa para as condições de iminência de movimento. 3. Realizar três medições para minimizar a incerteza experimental. DETERMINAÇÃO DO ATRITO CINÉTICO 1. Utilizando o plano inclinado e o bloco, medir a aceleração do bloco quando ele está em movimento, usando fita métrica e cronómetro. 2. A partir da aceleração medida, determinar o coeficiente de atrito cinético. 4

5 REGISTO E TRATAMENTO DE DADOS DETERMINAÇÃO DO ATRITO ESTÁTICO MÉTODO 1 Bloco simples 2 blocos sobrepostos Bloco simples menor área de superfície Bloco simples com diferente superfície θ tan θ θ tan θ θ tan θ θ tan θ !! 0.633!! 0.641!! 0.391!! O bloco está a escorregar ao longo do plano inclinado, consequentemente a direcção da força de atrito é paralela ao plano e o sentido é para cima. Esta montagem pode ser utilizada para determinar experimentalmente o coeficiente de atrito. Para obter µ e, utiliza-se o ângulo em que o escorregamento se inicia. Aplicando a segunda lei de Newton a um corpo em repouso, obtêm-se:!"#$% =!!!"#$% =! Como!! =!!!, obtêm-se!"# =!! 5

6 MÉTODO 2 m 1 (g) m 2 (g) m 2 /m Média Neste segundo caso o bloco está sobre um superfície horizontal e é puxado por acção de um peso. Como!! =!,!! =!!, e!! =!!! obtêm-se!! =!!!!!! =!!!! DETERMINAÇÃO DO ATRITO CINÉTICO t (s) Média (s)

7 x (m) m 1 (kg) m 2 (kg) a (m/s 2 ) µ cinético A configuração foi, nesta caso, a mesma do primeiro método na determinação do atrito estático. Aplicando a segunda lei de Newton ao sistema, obtêm-se!!!!" =!", sendo!!" =!!!!, ou seja,!! =!!!!!!!!!!.!!! Como o movimento é uniformemente acelerado, a aceleração pode ser calculada a partir do tempo que decorre desde que o corpo parte do repouso até à posição final:! = 1 2!!!! = 2!!! DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Esta actividade permitiu concluir, como esperado, que o valor do atrito estático depende da massa do bloco (a força de compressão entre o corpo e a superfície de apoio), da área (aparente) da superfície de contacto e do tipo de material da superfície em contacto. Estas conclusões obtiveram-se pela análise dos resultados obtidos para coeficiente de atrito estático no método 1. Na verdade, os valores obtidos mostram que o atrito é menor com uma menor massa e com menor área de superfície em contacto. Além disso o material da superfície que se usou no ultimo ensaio revelou um menor coeficiente do que o material usado nos restantes ensaios. O valor de coeficiente de atrito estático obtido no método 2 (0,659) é bastante próximo do seu equivalente no método 1 (0,633) pelo que podemos afirmar que os métodos são equivalentes. 7

8 Relativamente ao valor do coeficiente de atrito cinético ele é, como esperado, inferior aos valor do coeficiente de atrito estático obtido por ambos os métodos (bloco simples ). Esta constatação permite justificar por que é mais fácil manter um corpo em movimento do que retirá-lo do repouso: o valor do atrito estático é maior do que o valor de atrito cinético. CONSIDERAÇÕES 1. A determinação do coeficiente de atrito estático pode também ser determinada se se puxar o bloco com um sensor de força e determinar a força mínima que põe o bloco em movimento. 2. O segundo método da determinação do coeficiente de atrito estático também deveria ter sido realizado fazendo variar a. a massa do corpo, colocando sobrecargas sobre ele; b. a área da superfície de contacto; c. o material das superfícies em contacto; e mantendo constantes as outras variáveis. 3. Os resultados obtidos para a variação da área de superfície não foram muito correctos pois o bloco usado não era constituído exactamente pelo mesmo material na base e na lateral. 4. O plano inclinado utilizada tinha uma pequena depressão, que foi corrigida manualmente, no entanto principalmente os valores determinados para o cáculo do coeficiente de atrito cinético podem estar comprometidos. BIBLIOGRAFIA Ventura, G., Fiolhais, M., Fiolhais, C., & Paixão, J. A. (2009). 12 F - Física - 12.º ano. Lisboa: Texto Editores, Lda. Fiolhais, M., & al., e. (2004). Programa de Física, 12º ano. Ministério da Educação. 8