Experiências de Mecânica

• Mecânica

Lixa

Objetivo

O experimento mostra que a força de atrito depende das superfícies dos objetos em contato.

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

O experimento consiste em uma caixa de giz puxada por um elástico sobre duas superfícies diferentes: uma folha de papel e uma folha de lixa. As soldas microscópicas surgem do contato entre as rugosidades das superfícies (veja a Figura 1). Logo, é de se esperar que quanto menos falhas e "rugas" a superfície tiver, menos "soldas" acontecerão. Isto quer dizer que quanto mais lisa e uniforme forem as superfícies dos objetos em contato, menos soldas acontecerão. E como a força de atrito nasce dessas soldas microscópicas, chega-se a conclusão que quanto mais lisa for uma superfície, menos atrito aparecerá entre os objetos em contato.
A superfície do papel é visivelmente mais lisa que a superfície da lixa. Acontecerão muito mais soldas microscópicas da caixa com a folha de lixa do que com a folha de papel. Logo a força de atrito que aparecerá ao puxar a caixa sobre a folha de lixa, será muito maior do que quando estiver sobre a folha de papel. Quando se põe a caixa sobre o papel ou a lixa e puxa-se o elástico preso a ela, ele começa a se distender. Até que na iminência do movimento (quando a caixa estiver quase se movendo), a força de atrito ainda será igual à força aplicada pelo elástico e esta pode ser medida pela distensão do mesmo. E observa-se que o elástico fica muito mais esticado quando a caixa estiver sobre a folha de lixa do que quando estiver sobre a folha de papel. Conclui-se então que a força de atrito será muito maior quando caixa estiver sobre a folha de lixa do quando estiver sobre a folha de papel. Fato que comprova que quanto mais lisa e uniforme forem as superfícies em contato, menos força de atrito surgirá entre elas.

Material

1. Uma caixa de giz => Se trata de um daqueles estojos para giz que os professores geralmente usam, mas qualquer objeto de forma, peso e textura similar deve servir.
2. Um elástico fino => Os elásticos roliços são os mais sensíveis, mas caso não tenha em mãos, também servirá um chato. Tanto um, como outro podem ser encontrados em lojas de armarinho.
3. Uma folha de papel => Sulfite, almaço, cartolina, dobradura...
4. Fita adesiva
5. Uma folha de lixa => Recomendamos uma lixa d'água número 180. Caso, não consiga este modelo, dê preferência à folha de lixa mais lisa possível que achar.
6. Uma tachinha => Também conhecida como percevejo.

Montagem

Prenda o elástico na caixinha de giz usando a tachinha.
Prenda a folha de papel sobre uma mesa com a fita adesiva.
Prenda a folha de lixa sobre a mesa, com a fita adesiva, ao lado da folha de papel.
Ponha a caixinha de giz sobre a folha de papel presa na mesa.
Puxe o elástico até a iminência do movimento e observe sua dilatação.
Ponha a caixinha de giz sobre a folha de lixa e repita o procedimento anterior. Compare os resultados.

Comentários

Pode haver dificuldade em prender a lixa sobre a mesa. Uma dica é prender apenas a parte de trás da lixa fazendo enroladinhos com a fita adesiva ou usando fita adesiva de dupla face.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira