3. Determinar os coeficientes de atrito estático e cinético para um par de materiais.

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1 Fich do professor Domínio - Mecâ nicâ 1 AL ATRITO ESTÁTICO E ATRITO CIÉTICO Autor: Fernnd eri TI-spire Pâlâvrâs-châve: Forçs; Mss; Posição; Velocidde; Acelerção; Forç de trito; Coeficiente de trito Ficheiros âssociâdos: Atrito estático e trito cinético_tividde_professor; Atrito estático e trito cinético forç_tividde_luno; Atrito estático e trito cinético movimento_tividde_luno; Atrito estático e trito cinético Photogte_tividde_luno; Atrito estático e trito cinético spulley_tividde_luno; trito gte.tns; forç.tns e poli.tns; 1. Objetivo Gerâl Concluir que s forçs de trito entre sólidos dependem dos mteriis ds superfícies em contcto, ms não d áre (prente) desss superfícies; obter os coeficientes de trito estático e cinético de um pr de superfícies em contcto. 2. Metâs Específicâs 1. Investigr dependênci d forç de trito estático com áre d superfície de contcto, pr o mesmo corpo e mteril d superfície de poio, concluindo que são independentes. 2. Concluir que forç de trito estático depende dos mteriis ds superfícies em contcto, pr o mesmo corpo e mesm áre ds superfícies de contcto. 3. Determinr os coeficientes de trito estático e cinético pr um pr de mteriis. 4. Comprr os coeficientes de trito estático e cinético pr o mesmo pr de mteriis. 5. Avlir os resultdos experimentis confrontndo-os com s leis do trito. 6. Justificr por que é mis fácil mnter um corpo em movimento do que retirá-lo do repouso. 3. Comentâ rios Pr rentbilizr o tempo cd grupo pode executr um procedimento diferente e depois explicr o seu trblho em plenário. Os documentos *. tns são registos de ddos de tividdes experimentis efetuds. A - Determinção do trito estático sem sensores 4. A Mâteriâl Bloco com superfícies de contcto diferentes Bloco com áres de contcto diferentes Plno inclindo Este trblho é licencido sob Licenç Interncionl Cretive Commons Atribution oncommercil 4.0. Pr ver um cópi dest licenç, visite 1

2 Fi ch do p ro fe s so r 5. A Procedimento 1.Meç mss do bloco (ma) e registe num tbel os ddos. 2.Coloque o bloco no plno inclindo e vá umentndo o ângulo té que fique n iminênci de deslizr. 3.Repit o procedimento utilizndo superfícies com diferentes tipos de mteriis. 4. Use um bloco com ldos de áres diferentes e repit o psso A Resultâdos Preench tbel seguinte: Bloco1 ma= Áre de contcto (AC) : ângulo mdeir F plástico µe F µe Bloco2 ma= cortiç F tecido µe F µe F µe F µe Qundo colocmos um corpo sobre um rmp e ele se mntém em repouso é porque superfície de poio exerce sobre ele um forç de trito estático que impede o seu movimento. Se inclinrmos rmp té à eminênci deste começr descer ess forç de trito estático tem o vlor máximo. F ϴ Como Fx = Px Femx 0 = m g sinθmx Femx F = m g sinθmx Fy = Py 0 = m g cosθmx = m g cosθ mx e Fe mx então P e tg mx Este trblho é licencido sob Licenç Interncionl Cretive Commons Atribution oncommercil 4.0. Pr ver um cópi dest licenç, visite 2

3 Fi ch do p ro fe s so r B - Determinção dos coeficientes de trito estático e trito cinético com sensor de forç 4. B Mâteriâl Unidde portátil TI-spire CX Lb Crdle Sensor de forç Fio Blocos com gncho Msss mrcds 5. B Procedimento Meç mss dos blocos e registe num tbel os ddos. Coloque unidde portátil no Lb Crdle. Ligue o sensor de forç um dos cnis nlógicos do Lb Crdle. Abr plicção Vernier DtQuest Antes de inicir tividde deve colocr o sensor zero. Pr isso coloque o cursor sobre o cmpo do sensor e fç Enter e deslocndo o cursor com tecl eprim sobre zero ou b1: Experiênci 9: Configurr sensores. Prend um extremidde de um fio o gncho do sensor de forç e outr extremidde o gncho do bloco de mdeir. o máximo coloque um totl de 1 kg de mss em cim do bloco, preso de modo que s msss não se possm deslocr. Inicie experiênci premindo set verde um movimento em linh ret, puxe com pouc forç e muito grdulmente umente forç, durnte cerc de um segundo té que o bloco comece deslizr. Mntenh o bloco mover-se um velocidde constnte durnte cerc de um segundo. Repetir o procedimento pelo menos 3 vezes. Fç o mesmo pr superfícies com mteriis diferentes. Repit usndo um bloco com áres de contcto diferentes ms o mesmo mteril. 6. B Resultâdos A prtir dos gráficos obtidos f = f(t), registe n tbel que construiu s intensiddes d forç de trito estático máxim e forç de trito cinético correspondente cd ensio. Este trblho é licencido sob Licenç Interncionl Cretive Commons Atribution oncommercil 4.0. Pr ver um cópi dest licenç, visite 3

4 Fi ch do p ro fe s so r 7. B Cálculos e trâtâmento de resultâdos págin Lists e Folhs de Cálculo Onde = m g e F e e mx contru tbel o ldo F c c C - Determinção do coeficiente de trito cinético com Smrt-Pulley 4. C Mâteriâl Unidde portátil TI-spire CX Lb Crdle Photogte com smrt pulley Fio Blocos com gncho Msss mrcds 5.C Procedimento Meç mss dos blocos (ma) e registe num tbel os ddos. Coloque unidde portátil no Lb Crdle. Ligue célul um dos cnis digitis do Lb Crdle. Abr plicção Vernier DtQuest Monte roldn n Photogte como está n figur o ldo prendendo o bloco o corpo de mss mb Por defeito o ligr fotogte prece plicção PicketFence Prim sobre o cmpo tempo e selecione Tempo de movimento - Poli (10 rios)- OK Inicie experiênci premindo set verde Solte o corpo B. Repit o procedimento pelo menos 3 vezes. Mude áre de contcto e repit o procedimento. Fç o mesmo usndo o mesmo bloco com mesm áre de contcto ms com superfícies diferentes. Este trblho é licencido sob Licenç Interncionl Cretive Commons Atribution oncommercil 4.0. Pr ver um cópi dest licenç, visite 4

5 Fi ch do p ro fe s so r 6. C Resultâdos um tbel registe mss de cd bloco (ma), celerção () e mss do corpo suspenso (mb). Pr melhor utilizr s potenciliddes d clculdor, br plicção Lists e Folhs de Cálculo /~ 4. Lists e Folh de Cálculo Bloco1 ma= Bloco2 ma= Áre de contcto (AC) : mb/(g) mdeir plstico cortiç FA = TA- tecido T- = ma Como TA = TB = T FB = PB TB A PB T = mb F T= ma + PA mb g - ma - = mb Como TA TB PB mb g - = (mb + ma ) Pelo que = mb g - (mb + ma ) c então c m B g - (m B m A ) ma g A = m A g ot: o vlor d celerção é obtido pel recolh de ddos tl como mostr tbel o ldo, devendo fzer-se médi dos vlores obtidos. Este trblho é licencido sob Licenç Interncionl Cretive Commons Atribution oncommercil 4.0. Pr ver um cópi dest licenç, visite 5

6 Fi ch do p ro fe s so r D - Determinção do coeficiente de trito cinético com Photogte 4. D Mâteriâl Unidde portátil TI-spire CX Lb Crdle Photogte Fio Blocos com gncho Msss mrcds 5.D Procedimento Coloque unidde portátil no Lb Crdle Ligue célul um dos cnis digitis do Lb Crdle Abr plicção Vernier DtQuest Este sensor normlmente não é reconhecido de imedito então deve proceder do seguinte modo: b 1: Experiênci A: Configurção vnçd 3: Configurr sensor selecione o cnl onde tem o sensor ligdo. Procure o sensor Photogte. Como, por defeito prece seleciond plicção Picket Fence, terá de escolher o que lhe interess. Pr est experiênci selecione Port. b 1: Experiênci 8: Configurção de Recolh Port Registe lrgur (d) d fit de crtolin colocd sobre o bloco e sberá velocidde com que o bloco pss n célul. v d t Meç Δx (distânci desde o início do movimento té à célul) pr clculr celerção prtir ds leis do movimento. Fit de crtolin Monte roldn n clh como indicdo n figur o ldo prendendo o bloco o corpo de mss mb Δx Inicie experiênci premindo set verde Solte o corpo B. Repit o procedimento pr cd bloco pelo menos 3 vezes Repit o procedimento usndo um bloco com superfícies de mteriis diferentes. Proced de igul modo pr um bloco com ldos de áres diferentes. Este trblho é licencido sob Licenç Interncionl Cretive Commons Atribution oncommercil 4.0. Pr ver um cópi dest licenç, visite 6

7 Fi ch do p ro fe s so r 6. D Resultâdos um tbel registe mss de cd bloco (ma), celerção () e mss do corpo suspenso (mb). 1 2 Como prte do repouso e d posição x0 = 0 e v0 = 0 pelo que v= t e x t 2 O tempo em que célul esteve bloqued B2U permite-nos clculr o vlor d velocidde e ssim clculr o vlor d celerção trvés d expressão deduzid prtir ds nteriores. v 2 2x Bloco1 ma= Bloco2 ma= Áre de contcto (AC) : mb/(g) mdeir (ms) () plstico (ms) () cortiç (ms) () tecido (ms) () (ms) () (ms) () E - Determinção do coeficiente de trito cinético com sensor de posição 4. E Mâteriâl Unidde portátil TI-spire CX CBR Fio Blocos com gncho Msss mrcds 5. E Procedimento Coloque unidde portátil no Lb Crdle. Ligue o CBR à clculdor. Sensor de posição Abr plicção Vernier DtQuest Monte roldn n clh como está n figur o ldo, prendendo o bloco o corpo de mss ma Inicie experiênci premindo set verde Solte o corpo B. Repit o procedimento pr cd bloco pelo menos 3 vezes. Repit o procedimento pr blocos com superfícies de mteriis diferentes. Fç o mesmo usndo um bloco com ldos de áres diferentes. Este trblho é licencido sob Licenç Interncionl Cretive Commons Atribution oncommercil 4.0. Pr ver um cópi dest licenç, visite 7

8 Fi ch do p ro fe s so r 6. E Resultâdos O gráfico obtido n clculdor é x = f(t) Trnsfir os ddos pr Lists e Folhs de Cálculo e num outr colun clcule o qudrdo d vriável t. Trce o gráfico de x = f(t2), pr isso br um págin de Ddos e Esttístic A prtir d expressão x 1 t 2 podemos consttr que o declive do gráfico é metde do módulo d celerção. 2 m g - (m B m A ) Tendo o vlor d celerção podemos clculr o vlor de usndo expressão c B e clculr forç de trito cinético c m A g ma g posteriormente 8. Conclusoes A forç de trito depende do tipo de superfície em contcto e d forç com que o corpo é comprimido contr o plno ( ou módulo d forç norml). o plno inclindo ess forç é tnto menor qunto mior for inclinção (=P cos ϴ). est experiênci podemos consttr que há mis do que um método experimentl pr determinr o coeficiente de trito quer estático quer cinético. Em tods s tividdes experimentis os lunos verificrão que pr mesm superfície de contcto será mis fácil empurrr um objeto em movimento do que qundo prdo pois forç de trito cinético é menor que forç de trito estático. Este trblho é licencido sob Licenç Interncionl Cretive Commons Atribution oncommercil 4.0. Pr ver um cópi dest licenç, visite 8