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ATIVIDADE PRATICA - FISICA MECÂNICA, Provas de Física

ROTEIRO EXPERIMENTO BALANÇA DE PRATOS.

Tipologia: Provas

2025

Compartilhado em 14/05/2025

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ATIVIDADE PRÁTICA – FÍSICA MECÂNICA
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).
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ATIVIDADE PRÁTICA – FÍSICA MECÂNICA

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:

Resolução:

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

  1. Calcule a força peso PContrapeso sofrida pelo contrapeso. Adote a aceleração gravitacional como g=9,81m/s² PContrapeso = MContrapeso x g
  2. A partir das condições de equilíbrio, calcule a força peso PMassa da massa+prato posicionada sobre a balança.

PMassa x dMassa = PContrapeso x dContrapeso

  1. Calcule a massa Mmassa do corpo+prato posicionados na balança. PMassa = MMassa x g
  2. Determine o momento de rotação decorrente da força peso PContrapeso e da força peso PMassa e registre na Tabela de Dados 1. MContrapeso = PContrapeso x dContrapeso = ____ N.m MMassa = PMassa x dMassa = ____ N.m
  3. Qual o momento de rotação resultante? Considere que a tendência de rotação no sentido horário gera momento negativo e a tendência de rotação no sentido anti-horário gera momento positivo. MR=M1+M ANÁLISE E RESULTADOS EXPERIMENTO – LABORATÓRIO VIRTUAL Experimento Mcontrapeso Pcontrapeso Dcontrapeso Mcontrapeso Mmassa Pmassa Dmassa Mmassa
  • (kg) (N) (m) (N.m) (kg) (N) (m) (N.m) 1 0,5 4,905 0,102 0,500 0,348 3,45 0,145 0, 2 0,5 4,905 0,087 0,426 0,299 2,94 0,145 0, 3 0,5 4,905 0,079 0,387 0,272 2,67 0,145 0, 4 0,5 4,905 0,073 0,358 0,248 2,469 0,145 0,
  1. Fotos do experimento com diferentes massas e posições: Peso 1: M1 = 0,4 kg M2 = 0,2 kg D1 = 0,1 m D2 = 0,2 m Peso 2: M1 = 0,15kg M2 = 0,45 kg

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

  • (kg) (N) (m) (N.m) (kg) (N) (m) (N.m) 1 0,4 3,924 0,1 0,392 0,2 1,962 0,2 0, 2 0,15 1,4715 0,15 0,229 0,45 4,4145 0,05 0, 3 0,3 2,943 0,15 0,441 0,3 2,943 0,15 0, Analise dos experimentos e resultados: A) A partir das observações, como podemos descrever um sistema de equilíbrio? Um sistema de equilíbrio como aquele em que as forças que atuam sobre um corpo se anulam mutuamente, fazendo com que ele permaneça em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Isso significa que a soma vetorial de todas as forças externas é igual a zero ( equilíbrio translacional ) e, se

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.