ENERGIA CINÉTICA

1 - INTRODUÇÃO

O plano inclinado é um exemplo de máquina simples. Como o nome sugere, trata-se de uma superfície plana cujos pontos de início e fim estão a alturas diferentes.

Ao mover um objeto sobre um plano inclinado em vez de movê-lo sobre um plano completamente vertical, o total de força F a ser aplicada é reduzido, ao custo de um aumento na distância pela qual o objeto tem de ser deslocado.

Observe que pela Lei da Conservação de Energia, a mesma quantidade de energia mecânica é requerida para levantar um dado objeto até certa altura, seja através do plano inclinado ou do plano vertical. No entanto, o plano inclinado permite que o mesmo trabalho seja realizado aplicando-se uma força menor por uma distância maior.

Resumindo, o plano inclinado permite uma troca força x distância que é conveniente nas suas aplicações.

Plano inclinado na história da humanidade

Acredita-se que os egípcios tenham construído sua pirâmide usando o plano inclinado, no modo de uma rampa. Acontece que os blocos das pirâmides possuíam grandes pesos em vário Newton e seria muito difícil, por exemplo, para os egípcios levarem esses blocos para o topo das pirâmides sem usar essas rampas. Mas isto ainda é um mistério, pois a rampa teria que ser muito comprida para que fosse possível os egípcios transportarem esses blocos até o topo da pirâmide.

O princípio do plano inclinado foi usado pelos egípcios ao construírem pirâmides há 4.000 anos.

2. OBJETIVOS

Demonstrar ao aluno, os estudos das forças atuantes na dinâmica das leis de Newton, a fim de fazer que aluno até o termino desta atividade entenda e reconheca os efeitos da:

• Determinação de força de equilíbrio com dinamômetro;

• Determinação dos coeficientes de atrito, das forças que atuam e dos trabalhos realizados elas durante a descida de um bloco;

• Força motora de Px e suas equilibrantes (Força de tensão, compressão, atrito e etc);

• Componente do peso P perpendicular a rampa, Py e sua equilibrante (Força normal N);

• Determina a dependência de: Px e Py em função do ângulo de inclinação da rampa;

3. MATERIAIS UTILIZADOS

• 01 Plano inclinado, escala de 0 a 45° graus com sistema de elevação contínuo de sapatas niveladoras.

• 02 Massas acopláveis de 50g;

• 01 Dinamômetro de 2 N;

• 01 Carro;

• 01 Rampa auxiliar de engate rápido;

• 01 Corpo de prova de madeira com faces de diferentes coeficientes de atrito.

4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL E RESULTADOS

O experimento foi divido em duas etapas, cada etapa com um ângulo diferente escolhido pela equipe.

Ao colocamos sobre um plano inclinado um bloco de massa m, ele ficara em repouso enquanto a força de atrito for igual à componente do peso for igual à componente do peso paralelo do plano.

No plano inclinado acima temos: Px= m.g.senθ , Py= Pcosθ e F = fat=µ.m.g cosθ .Observe se o bloco estiver em repouso ou descendo com velocidade constante, Px= Fat mgsenθ = µ.m.gcosθ onde µ=tgθ.

A PRIMEIRA ETAPA: o ângulo escolhido foi de 20° graus.

Após a determinação do ângulo, iniciamos o experimento com a calibração do dinamômetro, uma vez calibrado podemos ter a certeza de que o valor medido não sofrerá variações, determinamos o peso P do móvel formado pelo conjunto de carro mais 02 massas de 50g acopladas medidos pelo dinamômetro, aonde vimos que seu peso corresponde à: 1,63N.

Com peso definido, o equipamento foi montado e o dinamômetro preso a dois fixadores a cabeceira do plano inclinado ficando paralelo á rampa, em seguida elevamos o plano girando o manípulo do fuso e inclinando o plano articulável até o ângulo α determinado (20° graus). Com isto obtivemos a seguinte valor modular da tensão T força aplicada pelo o dinamômetro:

A tração T marcada pelo dinamômetro no ângulo de 20°. T = N

Com isto podemos definir o diagrama de força do ângulo α (20° graus), identificando a força atuando sobre o móvel, conforme a figura abaixo.

O agente físico responsável por este deslocamento e a força peso P, com isto é correto dizer que a força peso P e o resultado da atração gravitacional exercida pela terra não somente sobre o objeto localizado sobre suas superfícies, mas atuando também a distâncias relativamente longas, por conta desta força podemos dizer que o móvel quando livre sofre um deslocamento ao longo do plano inclinado, mas s a Px > Fat, caso contrário Px < Fat a aceleração será nulo.

Com base neste diagrama podemos observar que, um objeto tendo um peso P em um plano inclinado o qual tem um ângulo α de inclinação, exerce uma força Py contra o plano inclinado e uma força Px para baixo do plano. As forças Px e Py são vetores componentes para a força P. O ângulo θ formado pela força Px e Py contra o plano inclinado e o peso P é igual ao ângulo de inclinação α. Desde que θ = α, Px = P sen(θ) e Py = P cos(θ). A força mínima necessária para manter um objeto em equilíbrio no plano inclinado tem a mesma magnitude de Fx, mas está em direção oposta.

Como se observa em pratica através de cálculos, que a componente Px > T em todos os ângulos diferente da teoria, que afirma que Px = T.

A força normal N é a força de reação, e tem origem na superfície onde o movimento ocorre, logo tem um ângulo igual ao plano do movimento, como o plano de trabalho é um plano inclinado, isto implica dizer que N = Py, caso fosse