Estatica

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<p>Estática</p><p>Apresentação</p><p>1. OBJETIVO</p><p>O experimento explora o conceito de equilíbrio de corpos rígidos. Para tanto, uma balança de</p><p>pratos será utilizada. Você deverá utilizar um contrapeso para equilibrar a balança e então, com</p><p>base nas equações do equilíbrio de momentos, determinar o valor da massa sobre a balança.</p><p>Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:</p><p>descrever o funcionamento de uma balança de prato;•</p><p>utilizar a equação do equilíbrio de momentos para validar o equilíbrio de um corpo rígido.•</p><p>2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?</p><p>Os princípios da estática podem ser observados em cada estrutura do cotidiano das cidades,</p><p>como por exemplo em prédios, casas, e pontes, entre outras. Estruturas mecânicas como</p><p>guindastes, guinchos e pontes rolantes não seriam facilmente projetadas sem que as equações</p><p>de equilíbrio estático fossem utilizadas. Estes exemplos servem para ilustrar o quão importante</p><p>são os princípios da estática associados ao equilíbrio de corpos rígidos.</p><p>3. O EXPERIMENTO</p><p>Neste experimento você utilizará uma balança de prato. A balança de prato é um dispositivo</p><p>utilizado por muitos anos para se determinar a massa de alimentos e outros produtos, de modo</p><p>simples e eficiente. Na balança, uma alavanca é rotulada em seu ponto central, o que a permite</p><p>girar em torno deste ponto. Em um dos lados da balança há um prato onde se colocam as</p><p>massas a serem medidas. Do outro lado, há um contrapeso que pode se mover ao longo da</p><p>alavanca, variando o momento produzido pelo contrapeso em relação ao ponto central. Desta</p><p>forma, o contrapeso é utilizado para equilibrar a balança e assim poder determinar a massa</p><p>desconhecida através da equação de equilíbrio de momentos de forças.</p><p>4. SEGURANÇA</p><p>O experimento foi pensado para não trazer riscos físicos, então você irá utilizar objetos pouco</p><p>nocivos e leves. Mesmo com essas precauções, o uso de equipamentos de proteção individual</p><p>(EPIs) é de extrema importância para a segurança durante a realização de experimentos.</p><p>Neste experimento, recomenda-se o uso do jaleco.</p><p>5. CENÁRIO</p><p>Você irá encontrar sobre a bancada do experimento</p><p>Massas: Blocos com massas desconhecidas.</p><p>Balança de prato: Dispositivo utilizado na determinação das massas dos blocos.</p><p>Bons estudos.</p><p>Sumário teórico</p><p>ESTÁTICA</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>Estática é a parte da física que estuda corpos sob ações de forças que estão em equilíbrio. O</p><p>conceito de equilíbrio decorre diretamente da primeira lei de Newton que estabelece que quando</p><p>a resultante das forças externas que atuam em um corpo é nula, este corpo permanece em</p><p>repouso ou se desloca com velocidade constante. Quando o corpo se encontra em repouso, diz-</p><p>se que se encontra em equilíbrio estático. Quando em movimento constante, diz-se que se</p><p>encontra em equilíbrio dinâmico.</p><p>Ao se estudar o equilíbrio de corpos rígidos, faz-se necessário considerar duas importantes</p><p>condições. A primeira diz respeito ao equilíbrio de forças, ou seja, para haver equilíbrio é</p><p>necessário que o somatório das forças atuantes no corpo seja nulo. A segunda diz respeito ao</p><p>equilíbrio de momentos, ou seja, é preciso que o somatório dos momentos destas forças também</p><p>seja nulo.  Matematicamente, estas condições resultam nas seguintes equações que descrevem</p><p>as circunstâncias de equilíbrio de um corpo no plano X-Y.</p><p>Σ FX = 0 (somatório das forças na direção X = 0)</p><p>Σ FY = 0 (somatório das forças na direção Y = 0)</p><p>Σ M = 0  (somatório dos momentos das forças = 0)</p><p>As duas primeiras equações garantem que o corpo esteja em repouso, no caso de equilíbrio</p><p>estático, e não se movam em relação a nenhum dos eixos de translação (X ou Y). A terceira</p><p>equação envolve os momentos das forças, e garante que não haja giro do corpo em torno de</p><p>algum eixo.</p><p>2. MOMENTO DE UMA FORÇA</p><p>O momento de uma força, ou torque, é a grandeza física associada à tendência que essa força</p><p>provoca a rotacionar o corpo em que ela é aplicada em torno de um eixo. Matematicamente,</p><p>definimos o momento de uma força como o produto vetorial entre a força aplicada e o vetor</p><p>posição que liga o eixo à posição onde a força está sendo aplicada:</p><p>No caso mais simples, onde o vetor posição e a força são perpendiculares, temos que o momento</p><p>é a multiplicação simples da força pela distância.</p><p>Como exemplo de aplicação, temos a balança de prato (Figura 1). Ao se colocar um objeto no</p><p>prato, uma força peso vai atuar na haste e, dependendo do ponto onde o contrapeso está</p><p>posicionado, pode haver um movimento de rotação da haste em relação ao ponto de apoio. Para</p><p>que o sistema entre em equilíbrio, o contrapeso deve ser posicionado ao longo da haste de tal</p><p>forma que ele produza o mesmo momento do objeto colocado no prato, fazendo com que a</p><p>balança entre em equilíbrio.</p><p>Figura 1 – Balança de prato</p><p>Roteiro</p><p>INSTRUÇÕES GERAIS</p><p>1. Neste experimento, você irá explorar o conceito de equilíbrio de corpos rígidos.</p><p>2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da experiência</p><p>virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do Laboratório Virtual.</p><p>3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial” presente neste</p><p>Roteiro.</p><p>4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as instruções para</p><p>realização desta prática na subseção “Procedimentos”.</p><p>5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação dos</p><p>Resultados”.</p><p>RECOMENDAÇÕES DE ACESSO</p><p>DICAS DE DESEMPENHO</p><p>Para otimizar a sua experiência no acesso aos laboratórios virtuais, siga as seguintes dicas de</p><p>desempenho:</p><p>Feche outros aplicativos e abas: Certifique-se de fechar quaisquer outros aplicativos ou</p><p>abas que possam estar consumindo recursos do seu computador, garantindo um</p><p>desempenho mais eficiente.</p><p>•</p><p>Navegador Mozilla Firefox: Recomendamos o uso do navegador    Mozilla Firefox,</p><p>conhecido por seu baixo consumo de recursos em comparação a outros navegadores,</p><p>proporcionando uma navegação mais fluida.</p><p>•</p><p>Aceleração de hardware: Experimente habilitar ou desabilitar a aceleração de hardware no</p><p>seu navegador para otimizar o desempenho durante o acesso aos laboratórios virtuais.</p><p>•</p><p>Requisitos mínimos do sistema: Certifique-se de que seu computador atenda aos</p><p>requisitos mínimos para acessar os laboratórios virtuais. Essa informação está disponível em</p><p>nossa Central de Suporte.</p><p>•</p><p>Monitoramento do sistema: Utilize o Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) para</p><p>verificar o uso do disco, memória e CPU. Se estiverem em 100%, considere fechar outros</p><p>aplicativos ou reiniciar a máquina para otimizar o desempenho.</p><p>•</p><p>Teste de velocidade de internet: Antes de acessar, realize um teste de velocidade de</p><p>internet para garantir uma conexão estável e rápida durante o uso dos laboratórios virtuais.</p><p>•</p><p>Atualizações do navegador e sistema operacional: Mantenha seu navegador e sistema</p><p>operacional atualizados para garantir compatibilidade e segurança durante o acesso aos</p><p>laboratórios.</p><p>•</p><p>PRECISA DE AJUDA?</p><p>Em caso de dúvidas ou dificuldades técnicas, visite nossa Central de Suporte para encontrar</p><p>artigos de ajuda e informações para usuários. Acesse a Central de Suporte através do link:</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br</p><p>Se preferir, utilize os QR Codes abaixo para entrar em contato via WhatsApp ou ser direcionado</p><p>para a Central de Suporte. Estamos aqui para ajudar! Conte conosco!</p><p>https://www.mozilla.org/pt-BR/firefox/new/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-contato.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO</p><p>MATERIAIS NECESSÁRIOS</p><p>·       Balança de prato;</p><p>·       Corpos de prova.</p><p>PROCEDIMENTOS</p><p>1. INSERINDO PESOS NA BALANÇA</p><p>Inicie o experimento posicionando o maior corpo de prova na balança.</p><p>2. OBTENDO OS PESOS DE PRATO E CONTRAPESOS</p><p>Para o</p><p>experimento é importante obter os dados das distâncias dos pesos em relação ao pivô</p><p>central, bem como o valor do contrapeso. Com estes dados e a equação do equilíbrio de</p><p>momentos, será possível calcular o peso desconhecido na balança. Observe as informações de</p><p>distância do centro para o eixo de rotação do prato, massa do prato e massa do contrapeso.</p><p>3. AJUSTANDO O EQUILÍBRIO DA BALANÇA</p><p>https://suporte-contato.algetec.com.br/</p><p>https://suporte-virtual.algetec.com.br/</p><p>Observe que, ao posicionar o peso no prato, foi adicionado um desequilíbrio no sistema. Para que</p><p>a balança entre equilíbrio, você deverá ajustar o contrapeso, deslocando-o ao longo da haste até</p><p>que o prato fique centralizado. Ajuste o contrapeso, arrastando-o até que a balança retorne ao</p><p>equilíbrio. Quando o equilíbrio do sistema for encontrado, a haste se alinhará.</p><p>4. REALIZANDO MEDIDAS</p><p>Obtenha as distâncias do peso e contrapeso ao pivô da balança e anote os valores dcontrapeso e</p><p>dpeso em cm.</p><p>5. OBTENDO OS PESOS DE PRATO E CONTRAPESOS</p><p>Finalize a primeira etapa da prática retirando o peso da balança.</p><p>6. REPETINDO O EXPERIMENTO</p><p>Realize os passos acima listados para os outros pesos dispostos sobre a bancada e, logo após,</p><p>retorne à “Avaliação de Resultados”.</p><p>7. AVALIANDO OS RESULTADOS</p><p>Siga para a seção “Avaliação dos Resultados” e responda de acordo com o que foi observado</p><p>nos experimentos, associando também com os conhecimentos aprendidos sobre o tema.</p><p>AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS</p><p>1.  Utilizando as equações dispostas no resumo teórico, calcule a massa do corpo rígido</p><p>posicionado na balança.</p><p>M1 = __________ g</p><p>Atenção: Observe atentamente as unidades das grandezas dispostas no experimento</p><p>2.  Após a repetição do experimento para os outros pesos dispostos na bancada, responda:</p><p>Qual a relação entre o peso do corpo posicionado no prato da balança e a distância do</p><p>contrapeso ao pivô?</p><p>TUTORIAL</p><p>1. INSERINDO OS PESOS NA BALANÇA</p><p>Visualize a câmera "Pesos" clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome</p><p>“Pesos” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da tela.</p><p>Posicione um peso na balança, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o</p><p>peso escolhido.</p><p>2. OBTENDO OS PESOS DO PRATO E CONTRAPESO</p><p>Visualize a balança clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome “Frontal”.</p><p>Posicione o mouse sobre a balança para obter os dados das distâncias dos pesos em relação ao</p><p>pivô central, bem como o valor do contrapeso. Com estes dados e a equação do equilíbrio de</p><p>momentos, será possível calcular o peso desconhecido na balança. Anote os valores</p><p>encontrados.</p><p>Posicione o mouse sobre o contrapeso para obter sua massa, observando a especificação</p><p>disposta na caixa de informações. Anote o valor encontrado.</p><p>3. AJUSTANDO O EQUILÍBRIO DA BALANÇA</p><p>Ajuste a contrapeso, clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o mesmo e arrastando para</p><p>a posição desejada, até que a balança retorne ao equilíbrio. Observe que, após clicar no</p><p>contrapeso, na parte inferior esquerda da tela será exibida a vista ortogonal, onde é possível</p><p>verificar a posição no contrapeso na haste.</p><p>Continue o procedimento até que a balança alcance o equilíbrio.</p><p>4. REALIZANDO MEDIDAS</p><p>Obtenha as distâncias do peso e contrapeso ao pivô da balança, clicando com o botão esquerdo</p><p>do mouse sobre a opção “Inspecionar”. Anote os valores das distâncias.</p><p>Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome</p><p>“Bancada”.</p><p>5. RETIRANDO PESO DA BALANÇA</p><p>Retire os pesos da balança e posicione-os sobre a mesa, clicando com o botão esquerdo do</p><p>mouse sobre o peso.</p><p>6. REPETINDO O PROCEDIMENTO</p><p>Realize os passos listados acima para os outros pesos dispostos sobre a bancada.</p><p>7. AVALIANDO OS RESULTADOS</p><p>Siga para a seção “Avaliação de Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com o que foi</p><p>observado nos experimentos.</p><p>Pré Teste</p><p>1)</p><p>Complete as lacunas da afirmação abaixo:</p><p>“A estática é a parte da ___________que estuda sistemas sob ação de forças que se</p><p>________________.”</p><p>A) química; equilibram;</p><p>B) física; equilibram;</p><p>C) física; desregulam.</p><p>2)</p><p>Assinale as alternativas corretas:</p><p>I – A estática é a parte da física que trata de corpos em equilíbrio.</p><p>II – A estática é a parte da física que trata de corpos em movimento.</p><p>III – Para haver equilíbrio de um corpo rígido é necessário que a soma das forças neste corpo</p><p>seja nula e que o momento resultante também seja nulo.</p><p>A) II e III;</p><p>B) I e III;</p><p>C) Nenhuma das alternativas</p><p>3)</p><p>Quais são as duas importantes condições que precisam ser consideradas ao estudar</p><p>equilíbrio de corpos rígidos em um plano?</p><p>A) A primeira trata-se do equilíbrio de forças, ou seja, para haver o equilíbrio é necessário que o</p><p>somatório das forças atuantes no corpo seja nulo. A segunda trata-se do equilíbrio de</p><p>momentos, é preciso que o somatório dos momentos destas forças também seja nulo.</p><p>B) A primeira trata-se do equilíbrio de forças e indica que, para haver o equilíbrio, é necessário</p><p>que o somatório das forças atuantes no corpo seja diferente de zero. A segunda trata-se do</p><p>equilíbrio de momentos, é preciso que o somatório dos momentos destas forças também seja</p><p>nulo.</p><p>C) A primeira condição refere-se ao equilíbrio de forças, ou seja, o somatório das forças atuantes</p><p>em um corpo deve ser nulo. A segunda condição indica que em havendo equilíbrio de forças,</p><p>o momento resultante destas forças deve ser diferente de zero.</p><p>4)</p><p>Assinale a alternativa que melhor relaciona o conceito de estática com o nosso dia a dia:</p><p>A) A estática é a base de todas as estruturas que vemos no dia a dia. Desde prédios e pontes</p><p>são calculados através das equações da estática.</p><p>B) A estática tem como ponto de partida as leis do movimento de Newton. Aviões, automóveis e</p><p>projéteis são projetados a partir das equações da estática.</p><p>C) A estática é regida pelas leis de Coulomb e descreve o comportamento de cargas elétricas em</p><p>repouso.</p><p>5)</p><p>Dentre as leis de Newton, qual delas se relaciona diretamente com a estática?</p><p>A) Primeira lei de Newton;</p><p>B) Segunda lei de Newton;</p><p>C) Terceira lei de Newton.</p><p>Experimento</p><p>Acesse o laboratório:</p><p>Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!</p><p>Pós Teste</p><p>1)</p><p>A figura abaixo é composta por dois blocos cujas massas são 4 kg e 6 kg. Com o intuito de</p><p>deixar a barra em equilíbrio, determine a distância x.</p><p>Utilize as fórmulas descritas a seguir:</p><p>M1 = M2</p><p>F1 * d1 = F2 * d2</p><p>A) 30 cm;</p><p>B) 60 cm;</p><p>C) 40 cm.</p><p>2)</p><p>Segundo a imagem abaixo calcule o momento da força F em relação ao ponto A:</p><p>Utilize a equação abaixo:</p><p>M = F * d</p><p>A) 40 N/m;</p><p>B) 40 N.m;</p><p>C) 10 N.m.</p><p>3) Complete as lacunas com a alternativa correta:</p><p>“Quando o corpo se encontra em repouso, diz-se que se encontra em _______________.</p><p>Quando em movimento constante, diz-se que se encontra em _______________.”</p><p>A) equilíbrio estático; equilíbrio dinâmico;</p><p>B) equilíbrio dinâmico; equilíbrio estático;</p><p>C) equilíbrio estático; equilíbrio químico.</p><p>4) De acordo com o estudo sobre um corpo rígido, levando em consideração o momento de</p><p>uma força, marque a alternativa que completa a frase abaixo:</p><p>“Quando um corpo longo está sujeito à ação de forças resultantes nulas, ele pode apresentar</p><p>um movimento de ____________, ______________ ou _________________ simultaneamente.”</p><p>A) equilíbrio; rotação; ação;</p><p>B) translação; rotação; ambos;</p><p>C) aplicação; rotação; ação.</p><p>5) A primeira lei de Newton está ligada diretamente a estática, então responda:</p><p>“A primeira Lei de Newton afirma que, se a soma de todas as forças atuando sobre o corpo é</p><p>zero, o mesmo ...”</p><p>A) será desacelerado;</p><p>B) terá um movimento uniformemente variado;</p><p>C) encontra-se em repouso ou em velocidade constante.</p>