Força de Atrito na região estática

Força de Atrito na região estática

Relatório Nº 2

2. Objetivos

Os objetivos buscados no experimento realizado foram:

-Calcular o coeficiente de atrito estático máxima entre duas superfícies.

-Verificar a dependência entre o coeficiente de atrito estático com a rugosidade.

-Verificar se a área da superfície do bloco influencia no coeficiente de atrito.

3. Introdução Teórica

O atrito é um fenômeno complexo, não totalmente compreendido, que surge da atração entre as moléculas de duas superfícies em contato. A natureza desta atração é eletromagnética – a mesma da ligação molecular que mantém um objeto coeso. Esta força atrativa de curto alcance se torna insignificante após apenas alguns diâmetros moleculares.

Forças de atrito são uma parte necessária de nossas vidas. Sem o atrito nosso sistema de transporte terrestre, desde o caminhar até os automóveis, não poderia funcionar. O atrito permite que você comece a caminhar e, uma vez já em movimento, o atrito permite que você altere tanto sua rapidez quanto sua orientação.

Há três tipos de atrito: cinético, de rolamento e estático. O primeiro é a força de atrito existente quando há movimento, igual em magnitude e oposta em sentido. O segundo, é a força de atrito que se opõe ao rolamento de um pneu em uma estrada, por exemplo, sendo, assim como no cinético, igual em magnitude e oposta em sentido do pneu. E, a última, que foi a estudada na experiência, é a força de atrito que atua quando não há deslizamento entre duas superfícies de contato – é, por exemplo, a força que impede que uma caixa, em repouso sobre uma mesa, escorregue. A força de atrito estático varia em magnitude de zero até um valor máximo (F_e máximo) dependendo da força aplicada sobre o objeto à que ela se opõe.

Dados mostram que o valor máximo (F_e máximo) é proporcional à intensidade das forças que pressionam as duas superfícies uma contra a outra. Isto é, F_e máximo é proporcional à magnitude da força normal exercida por uma superfície sobre a outra:

F_e = μ_e . N

Onde a constante de proporcionalidade μ_e é o coeficiente de atrito estático. Este coeficiente depende dos materiais de que são feitas as superfícies em contato e das temperaturas das superfícies.

4. Materiais utilizados e Procedimento experimental

Neste experimento os materiais utilizados foram:

·         Um bloco de madeira, no qual um lado era emborrachado

·         Um bloco de madeira para nivelarmos, e deixar o dinamômetro paralelo com a superfície.

·         Dinamômetro de 2N e outro de 5N.

·         Mesa para servir como superfície de atrito.

·         Balança digital

Imagem 1 – Bloco de madeira e dinamômetro na realização do experimento

Dividimos a realização do experimento em 3 etapas, a primeira etapa foi usando a parte horizontal lisa do bloco de madeira; foi calculado, usando o dinamômetro, a maior força de atrito estática, sendo anotado, então, 15 valores. Na segunda e na terceira etapas foram realizados os mesmos procedimentos, porém com o bloco na vertical lisa e a parte horizontal emborrachada, respectivamente. A massa do bloco foi calculada na balança digital, cujo valor deu 277,33 g. Todos os valores obtidos, serão mostrados em tabela, mais adiante.

5. Resultados

Após as medidas realizadas em laboratório, podemos obter as seguintes tabelas:

Bloco na horizontal liso
N	Fat (N)	Erro ± (N)
	0,1	0,00002
	0,2	0,00002
	0,3	0,00002
	0,4	0,00002
	0,5	0,00002
1	0,64	0,00002
2	0,72	0,00002
3	0,66	0,00002
4	0,6	0,00002
5	0,58	0,00002
6	0,66	0,00002
7	0,76	0,00002
8	0,62	0,00002
9	0,68	0,00002
10	0,58	0,00002
11	0,72	0,00002
12	0,72	0,00002
13	0,62	0,00002
14	0,6	0,00002
15	0,58	0,00002

                                                       Tabela 1

De vermelho está representado o valor da força de atrito, no qual o bloco ainda permanecia em repouso, os demais valores são os da força de atrito estático máxima, onde o valor máximo obtido foi de 0,72 e a mínima, 0,58. Portanto o valor final da força de atrito é 0,65 ± 0,07 N.

Bloco na vertical liso
N	Fat (N)	Erro ± (N)
	0,1	0,00002
	0,2	0,00002
	0,3	0,00002
	0,4	0,00002
	0,5	0,00002
1	0,62	0,00002
2	0,52	0,00002
3	0,56	0,00002
4	0,52	0,00002
5	0,7	0,00002
6	0,62	0,00002
7	0,66	0,00002
8	0,72	0,00002
9	0,72	0,00002
10	0,62	0,00002
11	0,7	0,00002
12	0,62	0,00002
13	0,6	0,00002
14	0,6	0,00002
15	0,6	0,00002

Tabela 2

Semelhante à Tabela 1, a Tabela 2 possui os mesmos valores em vermelho, no qual significa que os valores para a força de atrito, quando o bloco continuava em repouso, são os mesmos. O valor mínimo encontrado para o valor da força de atrito estático máxima foi de 0,52, e a máxima de 0,72, portanto o valor final é de 0,62 ± 0,10 N.

Bloco na horizontal emborrachado
N	Fat (N)	Erro ± (N)
	0,1	0,00002
	0,2	0,00002
	...	0,00002
	1,1	0,00002
	1,2	0,00002
1	1,32	0,00002
2	1,5	0,00002
3	1,44	0,00002
4	1,46	0,00002
5	1,32	0,00002
6	1,5	0,00002
7	1,34	0,00002
8	1,24	0,00002
9	1,26	0,00002
10	1,3	0,00002
11	1,34	0,00002
12	1,38	0,00002
13	1,34	0,00002
14	1,5	0,00002
15	1,3	0,00002

Tabela 3

            Pode-se notar que nos valores em vermelho (a força de atrito a qual o bloco não se move) houveram um grande aumento, pois diferentemente das tabelas anteriores, essa superfície é revestida de borracha, um material que possui coeficiente de atrito relativamente alto, quando comparado com a madeira. O valor máximo encontrado foi de 1,50 e o valor mínimo foi de 1,24, portanto o valor final da força de atrito máxima é de 1,37 ± 0,13 N.

            Demonstradas as tabelas, e os valores da força de atrito máxima, podemos calcular o coeficiente de atrito estático (μ). Primeiramente, foi feito o cálculo para o peso do bloco de madeira:

N=P=mg

P=9,78*0,27733 = 2,71228 N ± 0,00001N

Para o cálculo do erro Δμ (erro do coeficiente de atrito) usamos a fórmula

Δμ=ΔFat/N + Fat * ΔN/N²

Onde Fat indica a força de atrito estática máxima, N indica a normal (de mesma intensidade que a força peso) e o ΔN indica o erro da normal. Os valores obtidos foi realizado com ajuda do software Microsoft Office Excel e estão inseridos na tabela 4:

	Fat (N)	Erro (±)	μ	Δμ (±)
Horizontal liso	0,65	0,07	0,24	0,03
Vertical liso	0,62	0,10	0,23	0,04
Horizontal emborrachado	1,37	0,13	0,51	0,05

Tabela 4, Força de atrito máximo, coeficiente de atrito e seus respectivos erros

Com isso, obtivemos o seguinte gráfico:

Gráfico 1, onde no eixo x, 1, 2 e 3, representa o bloco horizontal liso, bloco vertical liso e bloco horizontal emborrachado e o y os valores para o coeficiente de atrito

6. Análise e conclusões

Realizado o experimento, notamos que a força atrito estático máxima (cuja equação é Fat = μe . N) é diretamente proporcional à força normal (que em módulo é igual a força peso), ou seja, quanto maior for a massa do corpo, maior será a força necessária para que este se movimente.

Ao observarmos os dados tabelados, verificamos que o bloco horizontal emborrachado (3), tem uma grande discrepância em relação aos outros dois modos realizados. O coeficiente deste foi bem elevado, o que leva a concluir que o material (borracha) possui uma natureza onde os coeficientes deles são altos em relação à madeira.

Podemos observar também, que no gráfico 1, o coeficiente de atrito estático, tanto no bloco horizontal liso (1), quanto no bloco na vertical liso (2), considerando os erros das devidas medidas, possuem o mesmo valor. Portanto, isto verifica que o coeficiente de atrito não depende da área macroscópica do material.