Relatório Física Experimental - Determinação da Força de atrito estático

Relatório Física Experimental - Determinação da Força de atrito estático

Introdução

O atrito aparece quando dois corpos estão em contato e há tendência de movimento. Ele é gerado pela aspericidade das superfícies em contato, sendo portanto variável de acordo com a natureza dos corpos envolvidos em um fenômeno. A força de atrito estático é uma força que aparece quando dois corpos estão em contato e eles não apresentam movimento relativo.Ela pode ter valores menores ou iguais ao produto do coficiente de atrito entre as duas supefícies multiplicados pela força normal. Assim:

Fe ≤µeN (1)

Assim a força de atrito estático tem um valor máximo e quando esse número é atingido, identifica-s que o copo está na iminência de movimento, ou seja, quando esse valor é superado, o corpo entra em movimento. Nessa etapa do fenômeno, a força de atrito é igual a força de atrito estática máxima que pod ser calculada como:

F= FeMax= µeN (2)

Quando um objeto é colocado em uma superfície inclinada, o coeficiente de atrito estático depende diretamente do ângulo de inclinação dessa superfície. Essa característica pode ser explicada nos diagrama abaixo:

Como o bloco está em equilíbrio, o somatório das forças no eixo x é nulo assim como o somatório das forças no eixo y. Assim, temos:

∑Fy = may(2ª Lei de Newton)

N = mgcosΘ

∑Fx = max

Fk =FeMax = mgsenΘ

Como já é sabido tem-se que a força de atrito estático é dado por:

FeMax= µeN

Como N = mgcosΘ, temos que FeMaxemgcosΘ

Só que: FeMax = mgsenΘ, logo:

mgsenΘ = µemgcosΘµe = (senΘ)/ cosΘ

Objetivos

  • O coeficiente de atito estático entre duas superfícies;

  • Analisar a dependência do coeficiente de atrito estático com a rugosidade, com a área de uma superficie e com a força normal a ela;

Material

  • Base;

  • Transferidor

  • Três laminas de diferentes materiais;

  • Bloco de metal polido em forma de paralelepípedo;

  • Quatro objetos com suporte para fixar-se um no outro;

  • Um pedaço de flanela;

Procedimento

Fixe uma das laminas na base e coloque o bloco sobre ela. Incline a base, lentamente até que o bloco esteja prestes a se mover, meça o valor do ângulo de inclinação. Utilizando a equação (2), determine o coeficiente de atrito estático entre as superfícies do bloco da lamina. Repita esse procedimento para obter um valor médio de µe. Repita o mesmo procedimento utilizando laminas de diferentes materiais. Determine os coeficientes de atrito entre a superfície de cada uma delas e a do bloco. Verifique se os valores obtidos, comparativamente, correspondem a sua expectativa.

Em seguida, analise a influencia da área de contato sobre a força de atrito. Para isso, determine o coeficiente de atrito estático entre uma das laminas e cada face de diferente área do bloco. Verifique se o resultado é compatível com a equação 1. Agora, analise a dependência do coeficiente de atrito estático com a força normal a superfície.Verifique se o resultado encontrado é compatível com a equação (1).

Resultados

Os dados obtidos no experimento foram organizados na Tabela 1 e 2,

descritas abaixo:

Amostras

Medida

(°)

Medida

(°)

Medida

(°)

Medida

(°)

Medida

(°)

Desvio

Padrão(°)

Coeficiente

de atrito

estático máximo

1 u.m.

28

27

29

30

27

1,30

0,54

2 u.m. (°)

28

26

28

27

28

0,90

0,52

3 u.m. (°)

25

24

23

27

25

1,48

0,47

Bloco

(Horizontal)(°)

25

24

25

23

24

0,83

0,45

Bloco

(vertical) (°)

25

26

26

25

24

0,83

0,47

Tabela 1: Dados obtidos variando-se o valor da normal( 1 , 2 e 3 u.m.) e a superfície de conntato(bloco na horizontal e na vertical)na superfície laminada do plano inclinado.

Amostras

Medida(º)

Medida

(°)

Medida

(°)

Medida

(°)

Medida

(°)

Desvio

Padrão(°)

Coeficiente

de atrito

estático máximo

1 u.m.(*)

45

50

50

50

49

2,17

1,14

2 u.m.

48

47

49

46

45

1,58

1,07

3 u.m.(**)

-

-

-

-

-

-

-

Bloco

(Horizontal)

52

48

48

52

52

2,19

1,21

Bloco

(vertical)

48

47

49

49

48

0,83

1,12

Tabela 2: Dados obtidos variando-se o valor da normal( 1 , 2 e 3 u.m.) e a superfície de contato(bloco na horizontal e na vertical) na superfície mais áspera do plano inclinado.

(*)u.m.=Unidade de massa

(**)Não foi possível fazer essa medição, pois como a variação do parâmetro normal envolvia um aumento da altura do objeto, este não permanecia ereto, sofrendo rotação antes mesmo de entrar em movimento relativo.

Discussão/Conclusão

A partir da análise dos resultados, pode-se perceber que ao mudar o valor da normal variando-se o peso do bloco que é colocado no plano inclinado, a variação do ângulo em que o bloco entra em movimento quase não sofre alteração. A variação do ângulo em que ele entra em movimento tem como único interferente, o erro de paralaxe do analista. Percebe-se então que quando ocorre a variação do parâmetro normal, o coeficiente de atrito não muda, logo este não depende daquele.

Na segunda parte do experimento, é variada a superfície de contato entre o bloco e o plano inclinado. Ocorre quase que nenhuma variação no ângulo em que o bloco entra em movimento. Como o coeficiente de atrito é a tangente do ângulo de inclinação, logo esse coeficiente não depende da superfície de contato.

Apesar de os resultados apresentarem o mesmo comportamento quando é variado os parâmetros normal e superfície de contato, os valores dos ângulos em que ocorrem o princípio do movimento são diferentes. De uma forma geral, na Tabela 2, em que é utilizado um plano inclinado mais áspero, é observado que os ângulos em que ocorrem o começo do movimento dos objetos acima do plano inclinado são maiores que na Tabela 1, em que é utilizado um plano inclinado com superfície laminada. Relaciona-se então que o coeficiente de atrito estático da superfície áspera é maior que o da superfície laminada. Isto pode ser explicado pela maior quantidade de sulcos microscópicos que a superfície áspera possui, o que possibilita um melhor encaixe entre o objeto e a superfície dificultando o movimento ,isto é, aumentando a força contrária ao mesmo, chamada força de atito estático.

Referências bibliográficas

MARTINI, Márcia da Mota Jardim; Disciplina de física experimental I: roteiros de experimentos. Belo Horizonte, 2011.

Centro Federal De Educação Tecnológica de Minas Gerais

Departamento de Física Matemática

Guilherme Augusto Oliveira de Sena

Turma G2( segunda-feira 14:50 às 16:29)

Experimento 03: Determinação do coeficiente de atrito estático

Belo Horizonte

2011

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