Experiências de Mecânica

• Mecânica

ROLAMENTO

Objetivo

O experimento visa mostrar que a força de atrito que aparece numa situação de rolamento é muito menor que numa situação de deslizamento.

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

Obviamente é muito mais fácil empurrar um carrinho de supermercado com rodinhas do que um sem elas. O experimento vai explicar o porquê disto. Ele consiste numa caixa de giz puxada por um elástico sobre um punhado de lápis enfileirados.
A idéia é descobrir em qual situação é mais fácil puxar a caixinha de giz sobre os lápis: na primeira onde eles ficam imóveis, ou na segunda onde ficam soltos e rolam por sob a caixinha.
Imagine as superfícies do lápis e da caixa como na Figura 1. Pense que a ponta da sua caneta é uma parte da superfície de um lápis e que a tampa da sua caneta é uma parte da superfície da caixa. No contato das duas superfícies acontece uma microsolda; seria como a tampa se encaixando na caneta. Na verdade não acontecem encaixes perfeitos como o da tampa com a caneta em todos os contatos. Quando se puxa a caixinha sobre os lápis, sob qualquer situação, as microsoldas devem ser quebradas para que ela se mova. Quebrar uma microsolda seria como desencaixar a tampa da caneta. Como se sabe, é muito mais fácil tirar a tampa puxando-a para cima do que empurrando-a para o lado.


Quando se puxa a caixinha sobre os lápis presos e imóveis, quebram-se as ligações da forma mais difícil; se está tentando tirar a tampa da caneta empurrando-a para o lado. Quando se puxa a caixinha sobre os lápis livres, eles rolam quebrando as ligações da forma mais fácil; como se estivesse puxando a tampa da caneta para cima e a caneta para baixo.
Na verdade existe força de atrito nos dois casos. No segundo caso, onde os lápis rolam, a força aplicada gera torque. O torque faz com que os lápis girem. Quando eles giram, a quebra das microsoldas fica mais fácil. Acompanhe as figuras, onde exageramos no tamanho das microsoldas, para uma melhor compreensão.

De fato verifica-se pelo experimento que a quebra das microsoldas durante a situação de rolamento dos lápis exige muito menos força. Logo, o desgaste que se tem ao puxar a caixa sobre os lápis nesta situação é muito menor do que se os lápis estiverem presos.

Material

1. Duas borrachas escolares
2. Um punhado de lápis => Devem ser roliços. Usamos duas duzias deles.
3. 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.
4. Algumas borrachinhas de dinheiro
5. 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.
6. Uma tachinha => Também conhecida como percevejo.

Montagem

Prenda o elástico na caixa de giz usando a tachinha.
Ponha dois lápis, juntos, na parte de dentro de uma borrachinha de dinheiro e dê uma torcida nela como mostra a figura.

Vá repetindo o procedimento anterior até que haja lápis suficientes para que o elástico fique esticado e prenda todos.
Prenda as outras extremidades dos lápis com outra borrachinha de dinheiro, trançando-a dois a dois lápis.
Deixe o "tapete" que você fez sobre uma mesa, e ponha por cima dele a caixa de giz.
Puxe o elástico até a iminência do movimento observando sua dilatação.
Solte as borrachinhas dos lápis.
Espalhe os lápis sobre a mesa e os alinhe deitados um ao lado do outro.
Ponha uma borracha escolar no começo e outra no final da fileira de lápis para que não caiam da mesa.
Coloque a caixa de giz sobre os lápis espalhados.
Puxe o elástico até a iminência do movimento da caixa e então verifique o quanto o elástico esticou.
Compare a primeira dilatação com a segunda.

Esquema de montagem

Abraços

Dayvidson Siqueira