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Atrito dinâmico

 

30/06/2010

Autor e Coautor(es)
JOSE ANGELO DE FARIA
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VICOSA - MG COL DE APLICACAO DA UFV - COLUNI

Edson Luis Nunes, José Marcelo Gomes, Isnard Domingos Ferraz, Daniel Rodrigues Ventura.

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Educação de Jovens e Adultos - 2º ciclo Ciências Naturais Visões de mundo
Ensino Médio Física Movimento, variações e conservações
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula

        Analisar força que aparece entre duas superfícies em contato quando uma está se movendo em relação a outra.(Em todas as atividades da aula)

         Certificar-se que a força de atrito aparece sempre contrariando ao movimento relativo às superfícies em contato.(Atividades II e IV)

        Verificar que o atrito, embora seja uma força que opõe ao movimento, é  essencial para que haja movimento (Atividade I)

Duração das atividades
Uma aula (50 minutos)
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

Movimento Uniforme, Movimento Uniformemente Variado, Leis de Newton, Vetores.

Estratégias e recursos da aula

http://portalvozjovem.zip.net/images/flordeabril2.jpg 

Atividade I

        Sugerimos que inicialmente o professor apresente o seguinte vídeo para a turma, ou outro com cenas semelhantes. Nesse vídeo uma caminhonete S-10 tenta deslocar-se na lama, mas o motorista encontra dificuldades porque os pneus deslizam e derrapam por causa do barro. O filme tem duração de apenas 4 minutos e 28 segundos e em algumas cenas mostra que embora o atrito se opõe ao movimento é uma prova de que é também essencial para que possamos nos movimentar. O vídeo com o título, "Chevrolet S-10 derrapando na lama", se encontra disponível na internet no seguinte endereço:

  http://www.youtube.com/watch?v=ROovXr499Gk&feature=related 

         Se o professor não quiser apresentar o vídeo ainda pode substituí-lo pela figura acima que ilustra uma situação semelhante onde o carro também se encontra preso na lama devido ao pouco atrito entre pneus e solo.

           Além dessa situação, o professor ainda pode indicar algumas situações envolvendo atrito e movimento e inicie uma discussão com a turma. Por exemplo, Pergunta para os alunos:

        Por que uma bola rolando num gramado de campo de futebol, se ninguém interferir em seu movimento, sua velocidade vai diminuindo até parar?

        Da mesma forma, se alguém está andando de bicicleta numa via plana e para de pedalar, a bicicleta vai diminuindo de velocidade até parar, por quê?

        Se não responderem que é por causa do atrito, recorde com eles a primeira lei de Newton, lei da Inércia e também a segunda lei de Newton e então, argumente que: se a velocidade está variando, com certeza a resultante das forças sobre o objeto é diferente de zero, logo deverá existir uma força atuando nele. Que força é essa?

           Então entre com o conceito sobre força de atrito.  A força de atrito aparece entre duas superfícies em contato quando uma move-se em relação à outra ou quando uma tende a se mover em relação à outra. Quando há movimento entre as superfícies, o atrito é dito cinético ou dinâmico e quando não há movimento entre as duas superfícies o atrito é denominado de atrito estático.

          A força de atrito é uma força de importância indiscutível, pois ela está presente em praticamente todos os momentos do nosso cotidiano. Sem ela, seria impossível a maior parte de nossas atividades. O simples ato de andar seria inviável, pois sem o atrito os pés escorregariam e a pessoa não sairia do lugar. Um carro também não conseguiria deslocar-se por mais que você o acelerasse, pois sem atrito as rodas deslizariam e não teria força para empurrar o carro. Pergunte aos alunos:

         Por que andar em um piso liso encerado ou caminhar em estrada de terra barrenta num dia chuvoso é muito comum levar um escorregão?

         Seria fácil caminhar no gelo com sapatos comuns?

         Neste momento da aula, o professor então deverá mostrar que quando caminhamos, empurramos o chão para trás este por sua vez empurrará nossos pés para frente, ação e reação, Figura 01, se não existisse atrito entre a sola do sapato e o solo, não haveria a força F’. Quando o motor do carro faz a roda girar, o pneu força o solo para trás que graças ao atrito entre pneu e solo reage com uma força F’ para frente, veja ilustração na Figura 01.

Atividade II

         Em seguida o professor deverá fazer um esquema semelhante ao da Figura 02 ou utilizar essa figura. Nela, um bloco apoiado sobre uma mesa é puxado por um fio fino e inextensível que passa por uma roldana considerada ideal e tendo na extremidade inferior um pequeno peso suspenso, em três momentos distintos.

         Em A o contrapeso tem valor igual a T1, o bloco permanece parado, então a força de atrito, é a força de atrito estático fe cujo módulo é T1. Aumentando o valor da força F, fe também aumenta de modo a permanecer, fe = T, mas esse valor tem um limite. O valor de fe varia de zero quando F é nula, nenhum peso no barbante, e seu valor aumenta acompanhando o valor de T, até um valor limite quando fe atinge seu valor máximo, denominado de força de atrito estático máximo, feM, como no momento B em que o bloco se encontra na iminência de movimento. A força de atrito então atingiu seu valor máximo, feM, e qualquer acréscimo no valor de T o bloco entrará em movimento.

         Em C, o valor da tração no fio T3 é maior que feM, o bloco entra em movimento e a força atuante entre as duas superfícies passa ser a força de atrito dinâmico, também conhecida como força de atrito cinético, fc; fc = uc.FN, em que fc é a força de atrito cinético, uc é o coeficiente de atrito cinético e FN é a força que comprime as duas superfícies em contato cujo valor é igual ao valor da força de reação normal da superfície sobre o bloco.

        Após explicações acima, o professor deve elaborar um exercício de fixação, para aplicação da fórmula de atrito cinético. Por exemplo, suponha que o coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a mesa da Figura 02 seja igual a 0,40 e o peso do bloco igual a 20 N. Qual o valor da força de atrito quando o bloco está se movendo na mesa?

         O valor de uc é uma constante que depende das duas superfícies em contato, seu valor normalmente é maior para superfícies ásperas que as superfícies lisas. Polimentos e lubrificações diminuem o valor de uc, mas o polimento pode também aumentá-lo quando os átomos das duas superfícies aproximam-se muito surgindo forças de adesão entre elas.

Atividade III

         O gráfico da Figura 03 representa a variação da força de atrito entre duas superfícies quando a força que proporciona o movimento varia de zero até ultrapassar o valor da força de atrito estático máximo. Geralmente para um par de determinadas superfícies, o coeficiente de atrito cinético é ligeiramente menor que o coeficiente de atrito estático, o gráfico da Figura 03 ilustra este fato.

         A força de atrito estático varia linearmente com a força motora até atingir seu valor limite feM e a partir desse valor inicia-se o movimento, o atrito passa a ser o atrito dinâmico ou cinético fc linha vermelha pontilhada (fc < feM), logo, para um determinado par de superfícies em contato, uc < ue.

Atividade IV         

  O esquema abaixo, Figura 04 representa um bloco apoiado sobre um plano inclinado cujo ângulo de inclinação é “â”. O peso do bloco foi decomposto nas direções paralela e perpendicular à superfície do plano. Assim, o ângulo formado entre a direção perpendicular à superfície do plano e a direção vertical (direção do peso), é igual ao ângulo “â”, ângulo de inclinação do plano. “Dois ângulos agudos, cujos lados são perpendiculares entre si, são iguais”.

           Temos, então, py = p.cos(â) e px  = p.sen(â). A força de reação normal ao peso é FN. Como não há movimento na direção Normal à superfície do plano, então FN = py. Como o bloco desce o plano, veja Figura 04, a força de atrito que atua para cima é a força de atrito cinético e seu valor é: fc = uc.FN ou seja,  fc = uc.p.cos(â).

            Obs.  Se o bloco desce o plano com velocidade constante fc = px substituindo esses valores, ucp.cos(â) = p.sen(â); uc =  sen(â)/cos(â);  sen(â)/cos(â) = tan(â), de onde se tem que uc = tan(â).

Atividade V

         Se o professor dispuser de recursos, ele poderá exibir para a turma uma animação sobre força de atrito que é bem didática e interessante mostrando o desenvolvimento do conteúdo. Esta animação se encontra disponível na internet, no portal do professor no seguinte endereço:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=22119 

Recursos Complementares

         Sugerimos ao professor que assista e se possível apresente para a turma os filmes sobre força de atrito do Novo Telecurso, ensino médio de física, aula 10, primeira e segunda parte, que estão disponíveis na internet, segundo endereços abaixo. São vídeos bastante instrutivos com uma excelente didática, será um recurso para tornar a aula ainda mais agradável e atrativa para a turma.

Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 10 (1 de 2): 6 min 54 s

 http://www.youtube.com/watch?v=LCps5xz569I&feature=related   

 Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 10 (2 de 2): 7 min e 42 s

 http://www.youtube.com/watch?v=bnx9hOEGxEk&feature=related 

Avaliação

         O professor poderá elaborar exercícios para a turma resolver em que se aplicam conhecimentos da aula.

         Dois exemplos:

         1. Um automóvel de 1 tonelada de massa, incluindo os passageiros, faz uma curva plana de raio igual a 50 metros com velocidade de 108 km/h. Qual deverá ser o menor valor do coeficiente de atrito cinético entre os pneus e o asfalto para que ele consiga fazer a curva sem derrapar?

         2. Um bloco desce um plano inclinado com velocidade constante. Sendo de 45 graus o ângulo de inclinação do plano, qual o valor do coeficiente de atrito cinético entre o bloco e a superfície do plano?

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