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ROTEIRO EXPERIMENTO BALANÇA DE PRATOS.
Tipologia: Provas
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Flavio dos Santos Gomes Centro Universitário Uninter Telêmaco Borba – Av. Mal. Floriano Peixoto, 145 - Centro. – CEP: 84266-010 – Telêmaco Borba – Paraná - Brasil e-mail: flavio_gomes01@outlook.com Resumo: Este trabalho tem como objetivo investigar as condições de equilíbrio de um corpo rígido por meio da análise do funcionamento de uma balança de pratos. O experimento foi dividido em três etapas: fundamentação teórica, simulação em ambiente virtual e experimento prático com o uso de materiais do Kit de Física Mecânica. Foram medidas forças, distâncias e calculados momentos de rotação para verificar o equilíbrio de torques. Os resultados obtidos validam os conceitos de equilíbrio estático e demonstram que, para que um corpo esteja em equilíbrio, a soma dos momentos em relação ao ponto de rotação deve ser nula. Palavras-chaves : Estática; equilíbrio de torques; balança de pratos; aplicação; amostras INTRODUÇÃO O estudo do equilíbrio estático de corpos rígidos é essencial para a compreensão do comportamento de sistemas físicos que envolvem forças e torques. A balança de pratos é um instrumento clássico que ilustra de forma prática os conceitos de momento de força e condições de equilíbrio. Neste trabalho, investigamos experimentalmente os princípios que permitem a manutenção do equilíbrio em sistemas submetidos a forças e distâncias diferentes em relação a um ponto fixo (eixo de rotação). O experimento busca responder à questão: “quais são as condições necessárias para que um sistema esteja em equilíbrio?”. A abordagem foi realizada em três etapas: revisão teórica, simulação em laboratório virtual e prática com equipamentos físicos, permitindo uma análise completa do fenômeno em questão. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA O estudo do equilíbrio estático é um dos pilares da mecânica clássica, sendo de grande importância para a compreensão das forças atuantes em sistemas em repouso. Um corpo está em equilíbrio estático quando a resultante das forças e o somatório dos momentos que atuam sobre ele são nulos. Existem duas condições que precisam ser satisfeitas para que um corpo rígido extenso fique em equilíbrio estático, ou seja, para que fique parado em relação a um referencial inercial (vamos considerar aqui a Terra ou o laboratório como sendo um bom referencial inercial).
A Primeira Condição de Equilíbrio impõe que a força resultante exercida sobre o corpo seja nula. A Segunda Condição de Equilíbrio exige que o torque resultante exercido sobre ele, em relação a qualquer ponto, também seja nulo. Um corpo rígido que está livre para girar ao redor de um ponto fixo em relação ao laboratório fica em equilíbrio estável quando o seu centro de gravidade se encontra verticalmente abaixo do ponto fixo. Caso o centro de gravidade se situe verticalmente acima desse ponto, o equilíbrio é instável. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Uma Balança tem braços desiguais. Ela é equilibrada com um bloco de 1,50kg no prato da esquerda e um bloco de 1,95kg no braço da direita conforme figura1. Se o bloco de 1,95kg está posicionado a uma distância L2 de 10cm do eixo de rotação da balança, podemos calcular a distância L1 que do bloco de 1,50kg em relação ao eixo de rotação para que o sistema permaneça em equilíbrio:
P¹ = 1,5 kg P² = 1,95 kg L¹ =? L² = 10 cm P¹ x L¹ = P² x L² L¹ = (P² x L²) / P¹ L¹ = PL² / P¹ L¹ =? 1,50 kg x L¹ = 1,95 kg x 10 cm 1,50 kg x L ¹ = 19. L¹ = 19,5 / 1,5 = 13 cm
Peso 3: dContrapeso = 7.9cm dMassa = 14.5cm Peso 4: dContrapeso = 7.2cm dMassa = 14.5cm
PMassa x dMassa = PContrapeso x dContrapeso
D1 = 0,15 m D2 = 0,05 m Peso 3: M1 = 0,3 kg M2 = 0,3 kg D1 = 0,15 m D2 = 0,15 m EXPERIMENTO – KIT POLO DE FISICA MECÂNICA (CX 23) Experimento m1 P1 d1 M 1 m2 P2 d2 M
0 DONOSO, J.P; Equilíbrio Estático e Análise de Estruturas. FCM 208 Física (Arquitetura) , Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos – IFSC. MOSCA, Gene; TIPLER, Paul; Física para cientistas e engenheiros. Volume 1, 6ª Edição 2011. FEYNMAN, R. P. Lições de Física de Feynman, vol. 1. São Paulo: Bookman,
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física, vol. 1: Mecânica. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011.