UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
Campus de Blumenau
Física I
Experimento 04: Forças de Atrito
Introdução
A força de atrito caracteriza-se por se opor ao movimento de objetos sob a ação de
uma força qualquer. Ela pode ser de natureza estática, se o objeto estiver em repouso, ou
cinética, se o objeto estiver em movimento.
Considerando um bloco em repouso, podemos aplicar uma força
na direção
horizontal do objeto e não desloca-lo. Isso significa que existe uma força de atrito ,
oposta a , que impede o movimento.
Aumentando a força , chegaremos a uma situação onde o bloco começará a se
deslocar. Na iminência do movimento temos o que é conhecida como força de atrito
estático e que é representada por:
onde é o coeficiente de atrito estático e é a força normal que atua no objeto.
No caso em que é maior que a força de atrito estático , o bloco se deslocará,
entretanto, nesse caso ainda existirá uma força de atrito que é oposta a e denominada
força de atrito cinético . Essa força é representada por:
onde
é o coeficiente de atrito cinético e
é a força normal que atua no objeto.
Objetivo
Obter experimentalmente os valores dos coeficientes de atrito cinético e estático
de diferentes superfícies. Identificar e comparar os atritos estático e cinético.
Materiais
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01 sensor de movimento;
03 blocos plásticos com diferentes superfícies de contato;
02 suportes lineares;
01 netbook com programa de aquisição de dados;
02 suportes com gancho;
01 balança analógica;
02 polias;
02 fios finos inextensíveis de massa desprezível;
01 haste metálica;
01 transferidor para medidas de ângulos;
Diferentes massas.
Resumo do experimento
O experimento para o estudo das forças de atrito será dividido em dois procedimentos.
Um deles visa estimar os coeficientes de atrito cinético para diferentes superfícies e o outro
estimar os coeficientes de atrito estático.
No procedimento 1 serão obtidos os coeficientes de atrito cinético para diferentes
superfícies de contato. Serão realizadas medidas posição e tempo de diferentes blocos ligados a
um suporte suspenso de massa constante, através de um fio inextensível de massa desprezível e
uma polia sem atrito, como ilustrado na figura abaixo.
No procedimento 2 serão obtidos os coeficientes de atrito estático de diferentes
superfícies de contato a partir do ângulo de inclinação do suporte linear. Ao elevarmos o suporte
com os blocos, será registrado o ângulo de inclinação do mesmo na iminência do movimento do
bloco em questão.
Procedimento experimental 1
1. Meça com a balança analógica as massas dos 3 blocos e do suporte suspenso, anotandoas em uma tabela.
2. Posicione o bloco de fundo plástico sobre o suporte linear (com a extremidade final na
marca de 50 cm) e acrescente no suporte suspenso uma massa de 20,00 g. O sistema
estará conectado através de um fio e uma polia.
3. Zere o sensor, clique no botão GRAVAR do software da Pasco e solte o carrinho. O
sensor irá registrar a posição do carrinho em cada instante de tempo e o software fará o
gráfico da posição em função do tempo, com o respectivo ajuste quadrático da curva.
4. A partir do ajuste quadrático obtenha a aceleração do sistema. Calcule a média da
aceleração para um total de 5 medidas iguais, anotando-as em uma tabela com o
respectivo desvio médio absoluto.
5. Repita todo o procedimento, excluindo os dados anteriores, zerando o sensor e
acrescentando gradativamente massas de 20,00 g no bloco.
6. Substitua o bloco anterior pelo bloco com fundo de tecido e acrescente no suporte
suspenso uma massa de 40,00 g.
7. Repita o procedimento anterior para o bloco sem massa extra e acrescentando massas
de 10,00 g.
8. Repita todo o procedimento anterior para o bloco com fundo de cortiça, utilizando
100,00 g no suporte suspenso e variando a massa do bloco em 10,00 g.
Procedimento experimental 2
1. Posicione sobre o segundo suporte linear o bloco de fundo plástico.
2. Levante manualmente (puxando com cuidado as massas posicionadas no suporte
suspenso) o suporte linear.
3. Identifique o ângulo quando o bloco está na iminência do movimento, anotando-o em
uma tabela.
4. Repita o procedimento acrescentando no bloco massas de 20,00 g. Anote os ângulos
na tabela.
5. Repita todo o procedimento utilizando os outros blocos, com fundo de tecido e fundo
de cortiça, completando a tabela.
Tratamento de dados e discussão
1. Construa o diagrama de forças para os dois sistemas anteriores (procedimentos 1 e 2),
e a partir da 2ª Lei de Newton, encontre as equações para as forças de atrito em ambos
os casos.
2. Com o auxílio da segunda Lei de Newton e das médias das acelerações obtidas, calcule
as forças de atrito cinético para cada uma das medidas. Apresente uma tabela com as
massas dos blocos, as acelerações médias e as respectivas forças de atrito cinético.
Utilize o valor da aceleração da gravidade como g = 9,7864 m/s2.
3. Construa os gráficos da força de atrito cinético em função das massas dos blocos.
Utilize algum programa de construção de gráficos.
4. Através dos gráficos anteriores, determine os coeficientes de atrito cinético das
diferentes superfícies. Utilize o valor da aceleração da gravidade como g = 9,7864 m/s2.
5. O que aconteceria de dobrássemos a área de contato do bloco com o suporte linear? E se
reduzíssemos essa área pela metade? Justifique sua resposta.
6. O que ocorreria com o valor do coeficiente de atrito cinético se dobrássemos a massa do
bloco, supondo que a massa suspensa ainda fosse suficiente para imprimir movimento
ao bloco?
7. Calcule os coeficientes de atrito estático dos blocos no procedimento 2. Qual é a relação
desses coeficientes com o ângulo de inclinação na iminência do movimento? Deduza as
equações.
8. Como se comparam os coeficientes de atrito estático e cinético encontrados? Quais são
maiores? Por quê?
9. O que requer menos força: iniciar o movimento de um corpo ou mantê-lo em
movimento? Justifique sua resposta.
Bibliografia
1. David Halliday, Robert Resnick e Jearl Walker. Fundamentos de Física Vol. 1 – Mecânica –
9ª Ed. 2012. Ed. LTC.
2. Moysés Nussenzveig. Curso de Física Básica Vol. 1 – Mecânica – 5ª Ed. 2013. Ed. Edgard
Blucher.
3. Roger A. Freedman, Hugh D. Young. Sears & Zemansky Física 1 – Mecânica – 12ª Ed.
2008. Ed. Pearson.