O Sistema de equilíbrio de forças colineares ou não colineares

Objetivo: neste experimento pretende-se verificar o sistema de equilíbrio de forças colineares ou não colineares e verificar a resultante em diferentes angulas.

Mesa de forças

Forças como são definidas como grandezas vetoriais em Física. Portanto, uma força tem módulo, direção e sentido. A força pode causar a aceleração de um corpo, definindo-se a unidade de força em termos da aceleração que a força imprime a um corpo de referencia, tomado como sendo um quilograma-padrão. O efeito sobre o movimento de um corpo produzido por um número qualquer de forças é o mesmo produzido por uma única força equivalente à soma vetorial de todas as forças. Esse resultado importante denomina-se principio da superposição de forças.

Segundo as leis de Newton, para que uma partícula esteja em equilíbrio estático é necessário que a resultante das forças que sobre ela atuam seja nula. Este conceito é provem da primeira lei de Newton: “Considerando um corpo no qual não atue nenhuma força resultante, este corpo manterá seu estado de movimento: se estiver em repouso, permanecerá em repouso; se estiver em movimento com velocidade constante, continuará neste estado de movimento”.

Assim, pode-se de fato aplicar várias forças a um corpo, mas se a resultante vetorial destas for nula, o corpo agirá como se nenhuma força estivesse sendo aplicada a ele.

Procedimento experimental

Para esse experimento foi utilizado mesa de forças, roldanas, fio para sustentação de forças, e massas aferidas para distribuição de forças e uma balança analítica para verificação dessas massas.

[pic 1]
(mesa de forças)

Foram pesadas as massas para as forças e feito as seguintes constatações:

Mbase= 27,2g ou 0,025 kg
Mdisco= 56,3g ou 0,0563kg
M1= 57g ou 0,057kg
M2= 57g ou 0,057kg
M3= 57g ou 0,057kg

Mtotal = m1 + m2 + m3 + mbase
Mtotal = (0,057 + 0,057 + 0,057) kg + 0,025 kg
Mtotal = 0,196 kg

F = P = m.g
Onde P= força peso, m=massa e g= aceleração da gravidade local que foi considerada 9,76 m/s².
F = 0,196kg x 9,76 m/s²
F= 1,923 N → Força Fixa

Resultados e Discussão

Manteve-se o 3º peso de ângulo fixo (0º).
Ângulos: I 1º (120º) e 2º (243º) / II 1º (91º) e 2º (215º) / III 1º (91º) e 2º (203º).

Resultados um:

Mtotal = m1 + m2 + m3 + mbase
Mtotal = (0,057 + 0,057 + 0,057) kg + 0,025 kg
Mtotal = 0,196 kg

Ângulos: I 1º (120º) para F1 e 2º (243º) Para F2

F1 cosɵ + F2 cosɵ = -F3
1,923 N x cosɵ (120º) + 1,923 N x cosɵ (243º) = -F3
-0,9615 N + (-0,873) N = -F3
-1,835 N = -F3
F3 = 1,835 N

Resultados dois:

Ffixa= 1,923 N

Mtotal = m1 + m2 + mbase
Mtotal = 0,1395 kg

Ângulos: / II 1º (91º) para F1 e 2º (215º) para F2

F1 cosɵ + F2 cosɵ = -F3
1,327 N x cosɵ (120º) + 1,923 N x cosɵ (243º) = -F3
-1,599 N =-F3
F3 = 1,599 N

Resultados três:

Ffixa= 1,923 N

Mtotal = m1 + mbase
Mtotal = 0,082 kg

Ângulos: III 1º (91º) para F1 e 2º (203º) para F2

F1 cosɵ + F2 cosɵ = -F3
0,8056 N x cos (91º) + 1,923 N x cos (203º) = -F3
-0,0146 N – 1,770 N = -F3
-1,784 N = -F3
F3 = 1,784

Os valores Calculados não foram iguais aos valores observados, pois nos casos avaliados não foram considerados fatores como: atrito gerado pelas roldanas, massa do fio. Além disso, podem ter ocorrido fatores de erro, como aferição dos instrumentos, imprecisão da centralização das forças, entre outros.