Atrito estático e cinético

Atrito
Ensino Médio
Atrito.
ROTEIRO DE EXPERIMENTAÇÃO:
Atrito estático e atrito cinético
Nessa atividade não será necessário nenhum material além daqueles que já estão disponíveis na
sala de aula. A atividade experimental visa tratar conceitualmente do atrito estático e do atrito
cinético.
Procedimento:
Para realizar a atividade o aluno precisará de cadeiras ou carteiras que não sejam fixadas ao chão
ou, alternativamente, uma mesa.
Atrito estático e cinético:
Nessa atividade vamos estudar o comportamento do atrito estático (corpo em repouso).
1.
Peça aos alunos que, individualmente, puxem uma carteira ou cadeira (ou mesa) vazia,
fazendo pouca força, de forma que o móvel não se mova. Peça que comecem puxando com bem
pouca força e que aumentem gradativamente essa força até que o móvel entre em movimento.
[O professor pode iniciar com uma “demonstração” usando a mesa dele, para que os alunos
compreendam o que deve ser feito. Mostre que a força feita no móvel deve ser na horizontal,
paralela à superfície onde o móvel se apoia]
2.
Peça que os alunos, em duplas, respondam às questões formuladas abaixo:
A.
Será que há algum atrito atuando no móvel quando nenhuma força é feita tentando movê-lo?
Por quê?
[Se nenhuma força atua tentando mover o corpo, então não há nenhuma tendência ao movimento
e, portanto, nenhum atrito - essa não é uma conclusão “intuitiva” e pode ser trabalhada do ponto de
vista do conceito de força resultante]
B.
Quando começamos a aplicar uma forma no móvel, paralela ao piso, o móvel não entra em
movimento de imediato. Mas, se há uma força atualndo nele, de acordo com a segunda lei de
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Newton (
) deveria haver também uma aceleração, isto é, o móvel deveria entrar em
movimento. Porque isso não ocorre?
[A interpretação correta da segunda lei de Newton diz que a aceleração do móvel é devida à
“resultante” das forças e, portanto, deve haver uma outra força cancelando o efeito da força que o
aluno faz no móvel: é justamente essa força que chamamos de “atrito estático”!]
C.
No instante em que o móvel entra em movimento temos a impressão de que ele “descolou”
do chão e deu um “tranco”, iniciando rapidamente seu movimento. Formule uma hipótese para
explicar isso.
[Aqui o que ocorre é justamente o “descolamento” do móvel. Ao iniciar o movimento as ligações
eletroquímicas que haviam entre o móvel e o piso se desfazem e a força aplicada torna-se maior do
que a necessária para mantê-lo em movimento, logo, o móvel “salta” do repouso para o movimento]
3.
Peça que cada aluno realize essa etapa da atividade várias vezes, até ter certeza de que
percebeu o que ocorre quando o móvel inicia seu movimento;
4.
Debata com os alunos os resultados a que chegaram nas questões A, B e C e procure fazer
um fechamento onde fique claro as características do atrito estático;
5.
Peça agora que cada aluno puxe o móvel devagar, mas mantendo-o em movimento (os
alunos adoram arrastar coisas pela sala!), e que procurem perceber se a força necessária para
manter o móvel em movimento é maior, menor ou igual àquela necessária para iniciar o movimento;
[Espera-se que percebam que a força necessária para manter o movimento é menor do que a que
foi necessária para iniciá-lo. Colete várias respostas e procure fazer com que os alunos cheguem
consensualmente na resposta correta]
6.
Peça que movam o móvel com velocidades diferentes e procurem notar se a força necessária
é maior, menor ou igual, em cada caso, comparando aos demais;
[Espera-se que percebam que a força para manter o móvel em movimento com velocidade
constante é igual, independentemente da velocidade]
7.
Por fim, pergunte à classe o que esperam que aconteça caso tenham que puxar novamente a
cadeira, mas com um colega sentado nela (não é necessário que façam a experiencia, mas podem
fazê-la se quiserem);
[Espera-se que concluam que será necessário fazer uma força maior, tanto para iniciar quanto para
manter a cadeira em movimento]
8.
Peça agora que respondam as questões propostas abaixo:
A.
A força necessária para manter o móvel em movimento uniforme é maior, menor ou igual a
força necessária para iniciar o movimento? [Menor]
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B.
Uma vez que o móvel já esteja em movimento, a força necessária para mantê-lo se movendo
com diferentes velocidades depende dessa velocidade? De que que forma? [A força não depende
da velocidade - pelo menos para baixas velocidades]
C.
Como você justificaria o resultado da questão anterior?
[Resposta livre: a verificação disso é experimental e não há uma teoria bem fundamentada que
explique isso, mesmo porque esse resultado não é verdadeiro em todas as situações e outros
fatores passam a interferir quando a velocidade aumenta - o professor pode utilizar esse mote para
estimular os alunos a pesquisarem mais sobre o assunto]
D.
O que muda no atrito quando a força normal entre o corpo e a superfície aumenta (como no
caso de um colega sentado sobre uma cadeira): ele aumenta, permanece o mesmo ou diminui?
[Aumenta]
E.
O que ocorreria com o atrito se o móvel fosse arrastado sobre uma superfície “mais áspera”?
[Aumentaria - aqui o professor pode falar sobre o significado do coeficiente de atrito estático e
cinético]
Experimento: Dissipação da energia
Nessa atividade vamos estudar a dissipação da energia pelo atrito causando aquecimento e
produção de som.
9.
Peça aos alunos que, individualmente, esfreguem as palmas de suas mãos, sem apertar
muito uma na outra, e observem o que ocorre com o passar do tempo;
10.
Peça que repitam esse procedimento apertando mais as mãos;
11. Peça que respondam as questões abaixo:
A.
Por que apertando mais as mãos fica mais difícil esfregá-las?
[Porque aumenta a força de contato e, portanto, a Normal, aumentando assim o atrito]
B.
Você notou que as mãos se aquecem ao serem esfregadas? Por que isso acontece?
[Porque o atrito produz, geralmente, calor]
C.
De onde veio o calor produzido nas mãos?
[Da energia mecânica - cinética - devida ao movimento relativo das mãos]
D.
Qual a relação entre o calor recebido pelas mãos e a temperatura delas?
[O calor recebido pelas mãos aumenta o movimento vibratório das moléculas da mão, aumentando
sua temperatura e, portanto, sua energia térmica]
E.
Você notou também que esfregar as mãos provoca sons? Por que você acha que isso
acontece?
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[O som é produzido por vibrações. Quando as moléculas da pele recebem mais energia de
movimento - cinética - elas passam a vibrar em conjunto e essa vibração é transferida também para
o ar, criando o som]
F.
Você já deve saber que o som é uma forma de propagação da energia. De onde veio a
energia transportada pelo som produzido ao se esfregar as mãos?
[Da energia mecânica devido ao movimento relativo delas]
G.
De que forma, então, o atrito dissipa a energia mecânica do movimento relativo entre o corpo
e a superfície?
[Na forma de calor e som]
Obs.: No nível microscópico o atrito causa a vibração das superfícies em contado e o aumento da
energia cinética das moléculas e aglomerados de moléculas. Assim, além do aumento da
temperatura dos corpos há também a produção de som. Tanto a produção do som quanto o
aumento da temperatura são formas de dissipação da energia mecânica do movimento relativo
entre os corpos.
Em nível microscópico e nanoscópico o fenômeno do atrito é bem mais complexo do que a forma
como estudamos o atrito de escorregamento no Ensino Médio. As pesquisas mais recentes nesse
campo datam por volta da década de 1960 e continuam até hoje, devido à necessidade de
compreender esses fenômenos em escala nanoscópica e atômica a fim de dar conta dos
desenvolvimentos da nanotecnologia.
Roteiro de Experimentação: prof José Carlos Antônio
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