FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO EM MECÂNICA 1ª SÉRIE DO ENSINO MÉDIO Turma 3124 Trabalho Trimestral de Física Balança de braços iguais Aline Willers Monteiro (1) Daiane Rosa dos Santos (6) Kissia Krause (21) Letícia Xavier Corrêa (23) Prof. Luiz André Mützenberg (orientador) Novo Hamburgo, 12 maio de 2006.
SUMÁRIO SUMÁRIO...2 2 - INTRODUÇÃO...3 3 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA...4 4 - DESENVOLVIMENTO...6 4.1 - Experimento...6 4.2 - Análise dos dados...7 5 - CONCLUSÃO...8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...9 10
1 - INTRODUÇÃO Nosso projeto tem como assunto a balança de braços iguais. Quando se fala em balança, dois termos vêm à mente: massa e peso. Eles são geralmente usados como sinônimos, porém o existe uma grande diferença entre ambos. A massa de um objeto pode ser determinada pela medida de sua inércia. Inércia é a resistência de um objeto a um esforço realizado para modificar seu estado de movimento. A massa é uma propriedade intrínseca do corpo, não varia conforme o local onde ele se encontre. Ela é escalar e sua unidade no sistema internacional de unidades (SI) é o quilograma (kg). Já o peso é uma força que depende da massa do objeto, além de depender da massa do planeta e da distância entre o objeto e o centro do astro (centro de massa). A balança, estritamente, determina massa e não peso. A balança de braços iguais é composta basicamente por um travessão horizontal, apoiado por um travessão vertical. Nela há dois pratos suspensos nas extremidades do travessão horizontal. O objeto de massa desconhecida é colocado em uns dos pratos e o objeto de massa conhecida (massa padrão) é colocado no outro prato até atingir o equilíbrio estático. Nosso objetivo é construir uma balança de braços iguais com um erro máximo de 5 gramas. 4
2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A balança é empregada em uma operação denominada pesagem; esta é realizada mediante a comparação entre dois objetos, um de massa conhecida e outro de massa desconhecida. A balança, nada mais é do que uma alavanca. Alavanca é qualquer barra rígida capaz de se mover em torno de um ponto, denominado ponto de apoio. Quanto à condição de equilíbrio nas alavancas, diz-se que um corpo está em equilíbrio mecânico quando duas condições são obedecidas: a resultante das forças que agem sobre o corpo deve ser nula e o momento resultante das forças que agem sobre o corpo também deve ser nulo. Quando o equilíbrio é restaurado, o princípio da alavanca requer que a seguinte relação seja obedecida: F 1 d 1 = F 2 d 2 F 1 e F 2 são as forças que atuam sobre as arestas do prisma esquerdo e direito, respectivamente, e d 1 e d 2 são as respectivas distâncias destes prismas ao ponto de apoio central (o comprimento dos braços da balança). Em geral, a balança tem braços iguais, onde d 1 = d 2 e, portanto, F 1 = F 2. A origem das forças F 1 e F 2 reside na atração da gravidade sobre os corpos que estão nos pratos da balança, e que podem ser expressas por: F 1 =M 1 g e F 2 =M 2 g 5
Onde M 1 e M 2 são as massas que estão nos pratos da balança, e g é a aceleração da gravidade. 6
3 - DESENVOLVIMENTO Para darmos início ao nosso projeto, escolhemos para fazer a balança de braços iguais, pois aparentou ser mais simples de construir, e também por ser feita por materiais mais acessíveis. Primeiramente, pesquisamos o seu funcionamento e as forças que atuam para ela se manter em equilíbrio. 3.1 - Experimento Marcamos um dia para fazer a balança, com a ajuda de uma pessoa que entendia do assunto. Foi a primeira que vez que fizemos uma balança. Fizemos um levantamento dos materiais que tínhamos, e percebemos que poderíamos reutilizar muitos materiais, como: pedaços de madeira, pratos plásticos. Utilizamos também ferramentas apropriadas para a construção da balança, entre elas: furadeira, brocas, serra, esquadro metálico e pregos. Na montagem, vimos que havia um erro: um braço estava mais pesado que o outro, o que tornava a balança imprecisa. Para resolver o problema, serramos um pequeno pedaço, de modo que os dois ficassem com o mesmo peso. Depois de montada, percebemos que havia muito atrito entre o parafuso que prende os braços e a base. Então, aumentamos a espessura do furo, o que diminuiu o atrito e tornou a balança mais precisa. Para fazer o conjunto de pesos necessários para a apresentação, usamos a balança do laboratório da escola, e os pesos padrão para nos auxiliar na criação dos nossos pesos. Criamos apenas alguns, pois o restante já tínhamos adquirido. 7
Testamos nossa balança, e concluímos que ela funcionava. 3.2 - Análise dos dados Não foi possível construir uma balança com a precisão exata, porque não tínhamos a habilidade necessária para construí-la com perfeição. Erramos ao escolher nosso modelo de balança, pois, com o eixo a baixo do nível dos braços ela torna-se muito imprecisa. Ainda, havia muito atrito entre o prego e a base, o que não deixava a balança muito sensível. Devíamos ter feito algo mais simples, mas que tivesse o eixo acima do nível dos braços, o que melhoraria muito a qualidade e precisão de nossa balança. 8
4 - CONCLUSÃO Com o nosso projeto, concluímos que a função básica da balança de braços iguais é descobrir a massa do peso desconhecido. O objetivo do projeto foi alcançado, pois conseguimos construir a balança e o conjunto de pesos necessários. Porém, o funcionamento da balança não agiu como o esperado, pois escolhemos um modelo de balança um pouco complicado, que necessitava muita precisão. Foi interessante fazer esse projeto, porque aprendemos mais sobre a balança em si, sobre as forças que atuam nela e o sobre o equilíbrio dos corpos. Na opinião geral do grupo, o trabalho foi de grande valia, pois foi o nosso primeiro projeto, e com certeza ele servirá de base para bons futuros trabalhos. 9
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Páginas da Internet: - AFONSO, Júlio Carlos. SILVA, Raquel Medeiros da. A evolução da balança analítica. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/qn/v27n6/22296.pdf Acessado em: 12/03/2006. - FERRAZ, Luís. Balança. Disponível em: http://www.feiradeciencias.com.br/sala02/02_007.asp Acessado em: 28/03/05. Consulta em Enciclopédia: - Ciência Abril. Balanças. Editora: Abril. 1973. Livros com um autor: - ANJOS, Ivan Gonçalves dos. Física. Editora: Ibep - Nacional. 10