Experiências de Mecânica

• Mecânica

ARRASTÃO

Objetivo

O experimento visa mostrar que não há relação entre a força de atrito que age em um objeto e sua área de contato com a superfície em que desliza.

Contexto

Pelo princípio da inércia, um objeto em movimento tende a permanecer em movimento a menos que uma força o pare. Imagine um carro se movendo em linha reta com velocidade constante ao longo de uma pista plana. Em determinado instante o motorista deixa de pisar no acelerador do carro e, através do câmbio, "corta" a conexão do motor com as rodas ("ponto morto"). O carro segue livre da força do motor que o impulsionava. Então, pelo princípio da inércia, ele nunca pararia. Mas pára; sem que bata, seja freado ou alguém o empurre. A força que o faz parar vem do atrito do carro com o ar e com o chão. Visto pelo microscópio, as superfícies do pneu e do asfalto são rugosas como a figura abaixo mostra.
Entre as superfícies, pequenas "soldas" acontecem nos pontos de contato. Cada "solda" faz surgir uma pequena força contrária ao movimento do objeto (ou quando ele tenta sair do repouso). Aquelas forças microscópicas somadas criam uma força relevante. Esse tipo de força é comum pois as coisas estão sempre em contato umas com as outras. Chamamos essas forças que se opõem ao movimento de forças de atrito, pois sempre fazem com que o objeto tenda a parar. É possível sentir esta força enquanto tentamos pôr um objeto em movimento. Como surge do contato entre as superfícies, essa força vai depender apenas da natureza delas e do peso do objeto (já que quanto maior a força que junta os dois objetos, mais "soldas" acontecerão). É por isso que é mais fácil empurrar um guarda roupa ou uma cômoda sobre um piso encerado do que num cimentado: o piso encerado produz "soldas" mais fracas que o cimentado.

Idéia do experimento

A maior parte das opiniões a respeito da relação entre a força de atrito e a área de atrito entre um objeto qualquer e uma superfície é que quanto maior a área de contato, maior a força de atrito. A idéia do experimento consiste em algumas caixas de CD puxadas por um elástico fino de duas formas: na primeira estão dispostas espalhadas como um tapete, na segunda elas estão empilhadas - com uma área de contato com a superfície muito menor que a primeira. Se na iminência do movimento das caixas, a distensão do elástico for igual nas duas situações, conclui-se que a força de atrito não depende da área de contato entre as superfícies. Estamos supondo que a distensão do elástico mede a força aplicada para vencer a força de atrito.
Em nossa experiência a força de atrito aumentou quando a área de contato diminuíu (mas não na mesma proporção), fato que vai contra a idéia que a maioria das pessoas têm a respeito. Percebe-se neste caso, que ao empilhar as caixas e ocasionar um aumento de pressão de contato, aumentamos o número de soldas microscópicas, apesar da área ter diminuído.

Material

1. Três caixas de CD ("compact disk") => Outros objetos que possam ser trabalhados de modo semelhante devem servir.
2. Um elástico fino => Tentamos vários tipos de elásticos achatados, mas somente elásticos roliços são sensíveis o suficiente com as caixas de CD, encontrados em lojas de armarinho.
3. Uma régua
4. Fita adesiva
5. Caneta hidrocor => Ou qualquer uma que seja capaz de marcar o elástico.
6. Lápis

Montagem

Ponha três caixas de CD sobre uma mesa.
Prenda o elástico na primeira caixa.
Complete uma estrutura, como na Figura 2, prendendo as caixas de CD uma atrás da outra.
Puxe o elástico até que ele fique esticado, porém não distendido; faça uma marquinha nele com a caneta. Esta marca será seu indicador.
Ainda na mesma posição, risque uma reta na mesa na direção do elástico com o lápis e marque, na reta, qual a posição do indicador no elástico.
Deslize a régua sobre a reta (para que ela não atrapalhe o movimento das caixas) até que ela marque zero centímetros na marca que você fez na mesa.
Puxe o elástico até que o conjunto esteja quase se movendo. Registre o quanto o elástico esticou. Repita mais algumas vezes e faça uma média dos valores registrados.
Descole a última caixa, dobre a segunda sobre a primeira, e ponha-a sobre as outras duas como na Figura 3.
Repita o procedimento de medida anterior e compare os valores das duas medidas.

Comentários

Cuidado para não colocar a fita adesiva, que prende o elástico, em contato com a mesa; isto pode acarretar erros sensíveis.
Caso a mesa seja muito lisa, ponha um papel contínuo sob o conjunto das caixas para aumetar a força de atrito. Caso não tenha papel contínuo, disponha as folhas de papel que tiver (a ponta de uma sobre o final da outra) de modo que não interfiram no movimento das caixas.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira