Medição do coeficiente de atrito cinético no plano inclinado
FísicaForças e dinâmicaIdades 15–16Laboratório virtual
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Laboratório virtual: um bloco desliza a partir do repouso por uma prancha inclinada de um ângulo α, e um cronômetro digital com dois sensores fotoelétricos mede o tempo t para percorrer a distância L. Os alunos aumentam o ângulo e soltam o bloco várias vezes; a tabela de dados calcula automaticamente a = 2L/t² e μ = tanα − a/(g·cosα), e a média é comparada com o μ do par de materiais escolhido. A tela Gráficos do movimento faz uma bola maciça ou um carrinho descer o plano passando por 8 sensores (ou marcas cronometradas à mão): você traça os gráficos x–t e v–t, obtém a aceleração pela inclinação de v–t e compara com g·sinα (5/7 desse valor para a bola maciça que rola).
Aula: Peso e força de atrito; prática: medição do coeficiente de atrito cinético
O que mostra
Um bloco que desliza num plano áspero obedece a a = g(sinα − μcosα), então cronometrá-lo entre dois sensores (a = 2L/t²) fornece o coeficiente de atrito cinético; em ângulos pequenos o atrito estático o mantém parado. A tela Gráficos do movimento deixa rolar a partir do repouso uma bola maciça ou um carrinho de pouco atrito ao longo de marcas a cada 0,20 m. A posição em função do tempo é uma parábola, e a velocidade média de cada intervalo, marcada no instante médio, fica numa reta cuja inclinação é a aceleração. O carrinho dá a ≈ g·sinα; a bola maciça apenas 5/7, porque parte da energia vai para a rotação.
Como usar
Em Coeficiente de atrito, escolha os Materiais, ajuste o ângulo pela alça ou por Ângulo inicial de inclinação e clique em Soltar várias vezes; cada medida acrescenta a e μ à tabela. Em Gráficos do movimento, escolha o Corpo, o Ângulo α e a Medida do tempo e clique em Soltar. Leia os tempos na tabela, compare os gráficos x–t e v–t e repita com outros ângulos para comparar a com g·sinα.
Parâmetros que você pode mudar
- Par de materiais Madeira – madeira (μ ≈ 0,30), Plástico – madeira (μ ≈ 0,20), Borracha – madeira (μ ≈ 0,45), Aço – aço lubrificado (μ ≈ 0,12)
- Ângulo de inclinação inicial 5–60 °
- Distância entre os dois sensores 0,5–1,5 m
- Mostrar o coeficiente de atrito real para comparar
- Tela Medir o coeficiente de atrito, Gráficos do movimento num plano inclinado
- Corpo no plano Bola maciça (rola), Carrinho de pouco atrito
- Ângulo do plano (tela de gráficos) 2–20 °
- Medida do tempo 8 sensores, Marcas + cronômetro
Perguntas para explorar
- Por que se deve repetir a medição várias vezes e usar o valor médio de μ?
- Ao mudar o ângulo α, t e a mudam; o μ calculado também muda, e por quê?
- Aproximadamente em que ângulo o bloco começa a deslizar, e como esse ângulo se relaciona com o coeficiente de atrito?
