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Força de atrito mantendo a velocidade vetorial constante

Cálculo do coeficiente de atrito cinético (correção feita no vídeo seguinte). Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA1JV - Bom, antes de começar, quero esclarecer algo sobre o vídeo anterior, e em seguida, pensar sobre o atrito quando o bloco está se movimentando. No vídeo anterior, começamos com um bloco parado, sabíamos que a componente paralela da força da gravidade sobre esse bloco era 49 newtons no sentido descendente da inclinação. Quando o bloco estava parado, dissemos que deveria haver uma força externa, afirmamos que era a força de atrito de 49 newtons para cima, houve um equilíbrio naquela direção. O que dissemos é que continuaríamos aplicando um pouco mais de força até que conseguíssemos movimentar esse bloco para dar início à aceleração para baixo. Então, continuei aplicando um pouco mais de força até conseguir 1 newton, então o objeto começou a sair do lugar. Neste ponto, quando começo a mover, estou aplicando 1 newton sobre o objeto, já há 49 newtons de força, a componente da gravidade está nessa direção. Se somarmos, teremos 50 newtons para começar a movimentar o objeto, a fim de superar a força de atrito. Quero deixar claro que, durante todo o tempo, a força de atrito não era constante a 49 newtons. Quando eu não estava mexendo o bloco e a componente paralela da força era 49 newtons, a força de atrito era 49 newtons. Quando comecei a aplicar um pouco de pressão, talvez, eu tenha aplicado 1/10 newtons no topo do objeto, a força de atrito era de 49 mais 1/10 newtons porque ainda estava aplicando força suficiente, visto que o bloco não se movia. Se eu tivesse aplicado metade de 1 newton, a força total para baixo seria 49,5 newtons. Mas, se o bloco ainda não se movesse, então, a força de atrito ainda estaria se igualando, a força de atrito nesse ponto deve ter sido de 49,5 newtons, a força combinada para baixo era de 49,9999 newtons e a força de atrito ainda era 49,9999, o tempo todo, até que atingiu 50 newtons e o bloco começou a se mover. O que indica que a força de atrito, o estático, talvez não pudesse manter o objeto parado, por isso, ele começou a acelerar para baixo. Assim, nesse cenário, a força de atrito mudou à medida que eu apliquei mais ou menos força para baixo. Dito isto, vamos a outro cenário. Temos o mesmo bloco, como dissemos no vídeo anterior, estamos supondo um cenário de madeira sobre madeira. Temos uma cunha aqui, sabemos que a componente da gravidade que é paralela ao plano tem 49 newtons. Sabemos também, que a componente da gravidade que é perpendicular ao plano é 49 raiz de 3 newtons. Sabemos que o bloco não está acelerando na direção normal, pois deve haver alguma força equilibrando a gravidade nessa direção e essa é a força normal da cunha sobre o bloco. Assim, o bloco está indo a 49 raiz de 3. Em vez de supormos que o bloco está parado, vamos considerar que ele esteja se movendo a uma velocidade constante. Agora, estamos com um cenário diferente em que o bloco tem uma velocidade constante, e para os fins deste vídeo, iremos considerar que a velocidade constante é para baixo. Vamos supor que a velocidade constante "V" seja igual a 5 metros por segundo na direção que é paralela à rampa. Quais forças atuam aqui? Temos que ter cuidado, pois devemos ser tentados a dizer: "certo, há uma força resultante aqui, se o objeto está se movendo, talvez seja essa força que esteja causando isso". Mas, lembre-se, isso é muito importante, essa é a Primeira Lei de Newton, se tivermos uma força resultante, uma força desequilibrada, ele fará com que o objeto acelere e não estamos acelerando aqui, temos uma velocidade constante. Então, se o objeto não está acelerando nesta direção, isso significa que a força nesta direção deve ser equilibrada. Portanto, deve haver alguma força agindo exatamente na direção oposta que impede que o objeto acelere para baixo. Essa força deve ter exatamente 49 newtons na direção oposta. Trata-se da força de atrito. E a diferença entre este vídeo e o anterior é que o atrito era estático, mesmo a 49 newtons, o bloco estava parado, precisávamos continuar empurrando até conseguirmos 50 newtons para que o bloco começasse a se movimentar. Na figura, vemos um bloco que está se movendo para baixo a 5 metros por segundo, não sabemos quanta força será necessária para superar o atrito estático, mas sabemos que há alguma força de atrito impedindo que o bloco acelere, que o mantém nessa velocidade, que está anulando totalmente a componente paralela da gravidade, paralela à superfície desse plano. Dito isto, vamos calcular outro coeficiente de atrito, mas esse será o coeficiente de atrito cinético, porque agora estamos movendo o bloco para baixo. Em breve, farei um vídeo sobre por que, às vezes, um coeficiente de atrito estático pode ser diferente de um coeficiente de atrito cinético. O coeficiente de atrito cinético é representado pela letra grega "µ", incluiremos um "c" minúsculo, de cinético, indicando o atrito do movimento. Assim, temos que o coeficiente de atrito cinético é igual o módulo da força de atrito sobre o módulo da força normal. Se observarmos o todo, ou se soubermos a massa dos blocos, ou a componente da gravidade que está nessa direção, ou, ainda, se soubermos que temos um ângulo de 30 graus, visto na situação anterior, podemos descobrir o coeficiente de atrito cinético. O mais interessante é que, em geral, será verdadeiro para quaisquer dos materiais como esses, se tivermos um tipo de madeira sobre o outro tipo de madeira, ou se tivermos um tipo de lixa sobre outro tipo de lixa. Seja qual for o material, podemos fazer previsões, caso a inclinação seja diferente, ou a massa seja diferente. Ou mesmo se estivermos em outro planeta, ou alguém estiver empurrando esse bloco para baixo, que mude a força normal. Dito isto, vamos descobrir o coeficiente de atrito cinético. A força de atrito que está compensando totalmente a força de gravidade paralela à superfície é de 49 newtons e a força normal, a força de contato entre o bloco e a cunha, é 49 raiz de 3 newtons. Assim, temos "µ" cinético é 49 newton sobre 49 raiz de 3 newtons, "µ" cinético é igual a 1 sobre raiz de 3 que dá 0,58. E não há unidades, porque as unidades são eliminadas, temos uma medida sem unidade. O interessante é que, diante da forma como montei esse problema e se considerarmos os mesmos materiais, o coeficiente de atrito cinético é menor do que o coeficiente de atrito estático. Para alguns materiais, ele não será tão diferente, mas, para outros, o atrito cinético pode ser menor do que o atrito estático. Não encontramos uma situação na qual o coeficiente de atrito estático seja menor do que o do atrito cinético, mas é possível encontrarmos situações nas quais o coeficiente de atrito cinético seja menor do que o coeficiente de atrito estático. Quando algo está se movendo, por alguma razão, o atrito é um pouco menos potente do que quando algo está parado. De um modo geral, podemos dizer que o coeficiente de atrito cinético é menor ou igual ao coeficiente de atrito estático. No próximo vídeo, falaremos sobre isso de forma mais aprofundada.