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Biblioteca de Física
Curso: Biblioteca de Física > Unidade 3
Lição 5: Planos inclinados e atrito- Componentes da força de um plano inclinado
- Gelo deslizando em um plano inclinado
- Força de atrito que mantém o bloco em repouso
- Correção da força de atrito para manter um bloco em repouso
- Força de atrito mantendo a velocidade vetorial constante
- Comparação entre atrito estático e cinético
- Exemplo de atrito estático e cinético
- O que é atrito?
- O que são inclinações?
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Força de atrito que mantém o bloco em repouso
Bloco de madeira mantido em repouso por força de atrito (Correção feita no próximo vídeo). Versão original criada por Sal Khan.
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- a força de atrito sempre vai ser contraria ao movimento ??(2 votos)
- Sim! Sempre contrário ao vetor velocidade (mesma direção e sentido contrário), seja atrito de deslizamento ou de resistência do ar ou outro fluido!(3 votos)
Transcrição de vídeo
RKA8JV No vídeo anterior tínhamos 10 kg de massa
na parte superior de um plano com inclinações de 30°. Para descobrirmos o que aconteceria com este bloco, decompusemos a força peso sobre o bloco em suas componentes paralela e perpendicular
à superfície do plano. Para uma componente perpendicular
tínhamos 49√3N, só que para baixo. Mas dissemos: ''não vemos esse bloco de gelo acelerando para baixo nessa cunha, porque a cunha está apoiando o bloco''. Por isso, deve haver uma força contrária
que a cunha está exercendo sobre o bloco. Essa força contrária é a força normal
da cunha sobre o bloco de gelo, que é exatamente oposta à força
da gravidade nessa direção. Poderíamos dizer que a normal da força
peso é igual a normal do bloco no plano, elas se equilibram na direção normal,
na direção perpendicular, e por isso, o bloco não está acelerando
em nenhuma direção. Mas uma componente da força da gravidade,
que não parece ter nenhuma compensação, pelo menos na forma como montamos
o problema no vídeo anterior, é a força ou a componente que está
paralela à superfície do plano. Descobrimos que é de 49N. Basicamente, era o peso do
bloco vezes seno do ângulo. Aí dissemos: ''se não há outras forças, então,
o bloco será acelerado nessa direção''. Para descobrir a taxa de aceleração, dividimos a força pela massa do bloco e teremos 4,9 m/s². Agora, vamos supor que
isso não estivesse acontecendo, vamos supor que olhamos para este sistema
e o bloco esteja parado. Vamos supor que não seja gelo sobre gelo,
digamos que os dois sejam feitos de madeira, então, de repente temos uma situação
em que o bloco está parado. Se está parado, o que temos aqui? Bem, já determinamos que não
há aceleração na direção perpendicular, então, a força resultante sobre ele deve ser zero. Mas se está totalmente parado, então a força
nessa componente paralela também é zero, portanto, deve haver alguma força equilibrando
esses 49 N que eu quero acelerar para baixo. Alguma força que esteja puxando para baixo. A pergunta é: que força é essa? Agora, estamos lidando com um bloco parado,
um bloco que não está acelerando. Que força é essa? Acho que, por experiência, sabemos a diferença entre um bloco de madeira
sobre a parte superior de um bloco de madeira e um bloco de gelo sobre
a parte superior de um bloco de gelo. Um bloco de gelo no topo de um bloco de gelo
é mais escorregadio, não há atrito entre gelo e gelo,
mas há atrito entre madeira e madeira. Para deixar um pouco mais tangível,
vamos colocar uma lixa na superfície. Neste caso, a força que impede que
o bloco deslize é a força de atrito. A força de atrito sempre agirá na direção oposta à aceleração potencial se não houver nenhum atrito. Então, qual é a força de atrito neste caso? Bem, se o bloco estiver totalmente parado
e não estiver acelerando para baixo, a força de atrito será de 49 N, mas para
cima, como se estivesse subindo a rampa. Isso pode ser determinado de forma experimental
se tivermos blocos e rampas. E, ainda que não tenhamos, desde que haja alguma forma de medir força
é possível seguir esse processo de forma experimental. Há uma questão interessante aqui. Quanta força preciso exercer sobre este bloco para
que ele comece a se mover para baixo na rampa? Digamos que, de forma experimental, possamos determinar que, se aplicarmos mais 1 N sobre o bloco, poderemos fazer com que o bloco
comece a acelerar para baixo, não em uma taxa natural, mas poderia
simplesmente começar a empurrá-lo para baixo se eu desse outro impulso de 1 N na direção paralela. Eu explico isso melhor no vídeo
''Força de atrito para manter a velocidade constante'', uma vez que a força de atrito
e a componente horizontal são iguais, 49 N em direções opostas. Vamos chamar de força total,
força total no meu sistema, força de impulso que está na direção paralela. Vamos supor que eu esteja aplicando 1 N
na direção que aparece na figura. Digamos que já temos 49 N por conta da
componente da gravidade nessa direção, por isso, minha força total nessa direção será 50 N. Com base nos materiais que estão
entrando em contato um com o outro, podemos determinar quanta força será
necessária para começar a superar o atrito. Neste caso é a força total, que eu acabei de dizer. Uma proporção interessante que tende a
ser mantida em determinados materiais é aquela entre a quantidade de força para empurrar
o objeto e a quantidade de força entre dois objetos. Entre a quantidade de força que
estão aplicando um ao outro. Neste caso, a quantidade de força exercida
pela cunha sobre o bloco é a normal ou seja, 49√3. Em outras palavras, o módulo da força de impulso sobre o módulo da força que está colocando estes dois objetos em contato. Neste caso, 49√3 N. A notação "µₑ" refere ao coeficiente de atrito estático. Abordaremos mais sobre ele em outros exemplos, mas isso tende a se manter verdadeiro
para diferentes materiais. Assim, no futuro, se tivermos uma massa diferente
ou uma inclinação diferente, mas tivermos os mesmos materiais diante de uma
força normal, poderemos descobrir a força de impulso, ou seja, poderemos descobrir exatamente
quanta força é necessária. Isso, se tivermos conhecimento
do coeficiente de atrito estático, o qual pode ser encontrado de forma experimental. Qual seria o valor neste caso? Temos 50 N sobre 49√3. Fazendo o cálculo, temos
o resultado arredondado de 0,59. µₑ = 0,59. Este é o coeficiente de atrito estático. Tem esse nome porque lida com a proporção
da força de atrito relativa à força normal Bom, eu faria um vídeo para falar da diferença quando um objeto está parado e quando está se movimentando. Muitas vezes é uma diferença extremamente pequena, mas, para determinados materiais, ela é
muito perceptível no coeficiente de atrito de um objeto que esteja parado em relação
a tal objeto quando está se movendo. Nos vídeos seguintes calcularemos os
coeficientes de atrito em novos problemas