Determinação do coeficiente de atrito estático

Determinação do coeficiente de atrito estático

Alcimar Mariano Trindade, Rodrigo dos Santos Cardoso

Engenharia Química

Física Experimental 1 – Turma R121Q

Faculdade SENAI CETIQT – Rio de Janeiro – RJ

Resumo. O presente trabalho tem por objetivo descrever um experimento montado para estudar a coeficiente de atrito que há quando duas superfícies diferentes interagem. Foram obtidos dados em função da força, que foi medida com um dinamômetro, que foi utilizada para deslocar o bloco horizontalmente. Utilizando o SciDAVis, tratou-se estatisticamente os dados que foram obtidos, obtendo-se dois resultados diferentes para cada coeficiente de atrito causado pelos contatos que o bloco realizou com a superfície emborrachada: madeira-borracha; borracha-borracha.

Palavras chave: Coeficiente de atrito estático, força de atrito estático.

1. Introdução

Entende-se que a força de atrito é uma força resistiva que atua no sentido contrário, e também paralelo ao plano que o corpo está se deslocando, a força que está sendo realizada no corpo. Com isso, para que o corpo consiga sair do repouso é necessário que a força aplicada consiga superar a resistência imposta pelo atrito.

[pic 1]

Figura 1: Diagrama de forças exercidas sobre um corpo em condições semelhantes às dos experimento. Fat – força de atrito; N – força normal; F – força aplicada no corpo; P – força peso; Θ – ângulo existente entre a força aplicada e o plano em que o corpo se encontra.

Seguindo essa tese pode-se dizer que o somatório das forças horizontais tem que ser positivo quando o sentido adotado coincide com a componente horizontal da força aplicada. Assim sendo, obtêm-se matematicamente a expressão mostrada na figura a seguir.

[pic 2]

Figura 2: Relação existente entre a força aplicada e a força de atrito.

Quando a força que está sendo aplicada sobre o corpo é paralela ao plano em que o corpo está situado, entende-se que o ângulo entre essa força e o plano equivale a zero. Logo como o Cos(0) equivale a um (1), obtêm-se uma segunda modela mostrada na figura 3, a seguir.

[pic 3]

Figura 3: relação entre uma força aplicada sobre o plano, em que ambos são paralelos, e a força de atrito.

    No caso da força de atrito (Fat), reparou-se que em muitos casos essa força é proporcional a força normal que é exercida no corpo. Por causa disso, e com ajuda da relação apresentada na figura 4, teorizou-se o valor de duas constantes de atrito – a estática e a cinética, em que a primeira será utilizada quando um corpo se encontra em repouso e com a aplicação de uma força tenderá a sair desse estado, e na segunda em que o corpo encontra-se com uma velocidade não nula. Como nesse experimento pretende-se determinar o coeficiente de atrito estático em duas ocasiões, o atrito cinético não será abordado na base teórica.

[pic 4]

Figura 4: relação existente entre a força de atrito e a força normal.

    O atrito estático é uma força resistiva que possui um modulo maior dos dois tipos de atrito, caso ambos os atritos fossem comparados. Pois para que o corpo consiga sair do estado de repouso é necessário que a inércia que o corpo possui seja superada.

Para que o coeficiente de atrito estático possa ser determinado será usada a seguinte relação: [pic 5]

Figura 5: equação utilizada para obter o atrito estático. F – força aplicada para que o corpo saia do estado de repouso; m – massa do corpo; g – aceleração da gravidade. µ - coeficiente de atrito estático.

2. Materiais e Métodos

Para a realização do experimento proposto acima serão utilizados os materiais e métodos descritos a seguir.

a) Materiais: 

Foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos: um bloco de madeira, com massa 0,289, da marca Leybold; um dinamômetro da marca Leybold; um recipiente de isopor; pesos com massa de 5g cada.

b) Método Experimental

Antes da primeira averiguação de coeficiente do atrito estático, calibrou-se o dinamômetro utilizando pesos que possuíam 5g cada. O sistema utilizado na calibração está representado na figura 6, a seguir.

[pic 6]

Figura 6: Sistema utilizado para calibrar o dinamômetro. 1 – dinamômetro; 2 – pesos, que possuem 5g cada, utilizados na calibração.

Depois que a calibração foi realizada, com o auxilio dos materiais que foram citados na parte de materiais (2.a), montou-se dois sistemas, parecidos, que foram utilizados determinar os coeficientes de atrito estático de suas situações respectivas – utilizando a superfície emborrachada (superfície A) do bloco, e a superfície de madeira do bloco (superfície B) – mostrado na figura 7 a seguir está o sistema utilizado para determinar o coeficiente de atrito estático da superfície A.

[pic 7]

Figura 7: Sistema utilizado para determinar o coeficiente de atrito estático entre as superficíe A. 1 – recipiente de isopor; 2 – bloco de madeira; 3 – dinamômetro.

Para a determinação desse coeficiente, aplicou-se uma força horizontal à superfície em que o bloco estava apoiado, utilizando o dinamômetro para medir a força que sendo aplicada no momento em que o bloco saiu do repouso. Esse processo foi repetido durante vinte e cinco (25) vezes em cada fase do experimento, que utilizava uma superfície de contato distinta (superfície A ou superfície B).

Obs.: O recipiente de isopor utilizado serviu como um referencial para retornarmos o bloco à sua posição original. Pretendeu-se com isto, evitar ao máximo as variações existentes de características existentes em outros pontos do plano em que o bloco estava sendo apoiado.

3. Apresentação dos Dados Obtidos

Empregando os métodos descritos acima, o primeiro que foi usado para calibrar o dinamômetro e o segundo que foi usado para obter os dados necessários para calcular os coeficientes de atrito estático, foi possível obter os dados resumidos na tabela 1, os dados da calibração do dinamômetro, e os dados resumidos na tabela 2, os dados necessários para calcular os coeficientes de atrito estático.

...