Verificação experimental da força no plano inclinado
Introdução
Na videoaula, o procedimento algébrico indicou que a força necessária para arrastar uma carga de uma determinada massa sobre um plano até uma determinada altura é menor do que a força necessária para erguê-la verticalmente até essa mesma altura. Qual será a validade dessas contas na realidade? É isso que buscaremos verificar nessa atividade.
Materiais
Tentaremos reproduzir o deslocamento de uma carga sobre um plano inclinado. Para isso, vocês precisarão dos seguintes materiais:
- Uma superfície plana, rígida e suficientemente lisa. Pode ser uma chapa de metal, um espelho plano, um livro grande, um pedaço de madeira, etc. Algo entre 30 cm e 40 cm está de bom tamanho.
- Dois recipientes suficientemente leves para armazenar carga. Podem ser duas caixinhas de chá de 10 saquinhos.
- Um barbante amarrar os dois recipientes.
- Algum conteúdo para preencher os recipientes que possa ser medido, e que seja massivo o suficiente para comparar as quantidades que serão preenchidas nos recipientes. Você pode utilizar substâncias arenosas como sal, açúcar ou farinha.
-Por fim, qualquer coisa que possa servir de apoio para uma das extremidades do nosso plano inclinado. Podem utilizar livros para isso.
Elaboração e coleta de dados
Com esses materiais (ou semelhantes) em mãos, vocês devem montar o arranjo experimental da seguinte maneira:
Sobre uma mesa (ou superfície que esteja suficientemente distante do chão), faça com que a superfície plana esteja inclinada em relação à mesa. Você pode deixar uma das extremidades encostadas na mesa e a outra extremidade apoiada sobre os livros. Não exagere na inclinação, algo entre 20º e 30º é suficiente. Utilize o seu transferidor para calibrar a inclinação.
No primeiro recipiente, amarre uma das extremidades do barbante para que fique da seguinte maneira:
No segundo recipiente, amarre a outra extremidade do barbante assim:
Talvez seja necessário fazer furos para que seja possível amarrar o barbante. Se fizer isso, utilize uma fita para tapar os buracos, de modo que o conteúdo que preencherá os recipientes não vaze.
Preencha o segundo recipiente com o conteúdo massivo. Não é necessário preenchê-lo totalmente, mas é recomendado registrar de alguma maneira a quantidade colocada (em colheres, ou utilizando uma balança).
Disponha o recipiente preenchido com o conteúdo sobre a superfície inclinada da seguinte maneira:
De modo que o primeiro recipiente fique pendurado na outra extremidade do barbante:
Somente com essa configuração, você notará que a carga não será arrastada superfície acima. Agora, pouco a pouco, preencha o segundo recipiente com o mesmo material que preencheu o primeiro até o momento em que o primeiro recipiente começará a deslocar-se pela rampa. Anote a quantidade final utilizada do conteúdo massivo para preencher o segundo recipiente.
Análise e discussão
Se tudo ocorreu bem, em algum momento enquanto você preenchia o segundo recipiente, o primeiro recipiente começou a deslocar-se rampa acima. Compare as quantidades de conteúdo utilizadas para preencher cada recipiente. Há diferença entre elas? Se sim, qual dessas quantidades é menor? Após a discussão da videoaula, como esperaria que o experimento tivesse ocorrido?
Nós vimos que para erguer o primeiro recipiente, a força mínima necessária é dada pela seguinte expressão:
\(F = m g\) , onde \(F\) é a força necessária, \(m\) é a massa total do recipiente e \(g\) é a aceleração gravitacional.
Já para arrastar a carga rampa acima, a força mínima necessária é dada por outra forma:
\(F' = m g sen (\theta)\) , onde \(F'\) é a força necessária, \(m\) é a massa total do recipiente ,\(g\) é a aceleração gravitacional e \(\theta\) é o ângulo de inclinação entre o plano e a superfície da mesa.
Considere g = 10 m/s². Calcule a força necessária para erguer a carga utilizando a massa (em gramas ou em colheres) do seu primeiro recipiente e o ângulo de inclinação da sua rampa. Compare essa força com o peso do segundo recipiente. Esses valores são compatíveis? Caso não sejam, quais fatores você acredita que influenciam nessa discrepância?
Produza um pequeno texto discutindo esses pontos. Apresente também nele as contas realizadas. O modo de entrega é livre (foto de folha de caderno, um texto em .doc ou .pdf, etc.).