COEFICIENTE DE ATRITO DINÂMICO 1 - FEIRA DE CIÊNCIAS ... O Imperdível !
Coeficiente de atrito dinâmico I
(Choque inelástico)
O experimento em questão, recomendado para o ensino médio e primeiranistas dos cursos de exatas em nível universitário, destina-se à determinação do coeficiente de atrito dinâmico. Usa-se nessa técnica, das características do choque inelástico (coeficiente de restituição nulo; e = 0).
O material é bastante simples, constando de: uma base de madeira maciça, com pequeno ressalto (a); uma estrutura móvel (b); um cilindro de ferro recoberto com 'velcro' (c); disparador eletromagnético (ou fio de linha a ser queimado) (d); régua, cordéis, fonte de tensão etc.
A face superior da base (a) deve ser lisa e muito bem polida, assim como a face inferior da plataforma (b).
Eis a montagem na situação de 'partida':
Experimento em 'fase de partida'
O cilindro de ferro, de massa m (revestido com 'velcro'), é sustentado na horizontal às custas do eletroímã ou do fio de linha. A distância do centro do cilindro até o suporte é L.
Ao ser desligado o eletroímã (ou queimado o fio de linha), o cilindro inicia seu movimento circular, convertendo energia potencial gravitacional em energia cinética. Ao colidir com a base (A) da estrutura móvel, de massa M (com a face de choque também revestida com 'velcro'), o cilindro fica grudado (choque perfeitamente inelástico).
A velocidade horizontal V2 com a qual o cilindro choca-se com a base é simples de ser calculada. Tomando-se como referência para as energias potenciais a posição mais baixa do cilindro temos, pelo teorema da conservação da energia mecânica:
Imediatamente após o choque perfeitamente inelástico, o sistema de massa (m+M) adquire velocidade horizontal Vi . No ato da colisão há conservação da quantidade de movimento do sistema formado pelo cilindro e base móvel:
Qimediatamente após o choque = Qimediatamente antes do choque
A partir do instante da colisão, quando então o sistema tem velocidade horizontal inicial Vi , começam a agir as forças de atrito dinâmico, opondo-se ao movimento. A resultante das forças de atrito Fat realiza trabalho resistente, transformando, ao longo do deslocamento D, energia cinética do sistema em energia térmica, com posterior transferência de calor para o ambiente. O teorema da energia cinética permite escrever:
As medidas experimentais têm valores médios que fornecem m, M, L e D, das quais resultam o coeficiente de atrito dinâmico.