16_guia_exp_11_alavanca.

58
Código: FG1111
Experiência nº 11
Guia de Tomada de Dados e Relatório Programado (GTDRP)
1. Título da Experiência: “Sistemas de Alavancas”.
2. Objetivos da Experiência: Estudar máquinas simples: alavancas.
3. Resumo da Teoria:
As alavancas são máquinas simples. Constituídas basicamente por uma barra rígida e um eixo de
rotação (ponto de apoio). São utilizadas como amplificadores de força. A força aplicada sobre a
alavanca é chamada de força motriz (FM) e atua num ponto da barra distante rM do eixo de rotação
fazendo-a girar. O objeto que receberá a força amplificada reage com uma força igual e contrária
chamada de força resistente (PC) num ponto distante rC do ponto de apoio. A ação das forças motriz
e resistente sobre a alavanca resulta num esforço no ponto de apoio (eixo de rotação) que reage
com uma força igual e contrária, chamada reação de apoio N.
Se a alavanca trabalhar na vertical, o peso da própria alavanca deve ser considerado (Pb = mb.g) e
atua no centro de gravidade da barra, distante rC.G. do eixo de rotação.
As alavancas podem ser entendidas como um exemplo de equilíbrio do corpo rígido, ou seja:
ρ
ρ
FR = 0
Eq. (3.1)
ρ
ρ
e MR = 0 .
Vantagem mecânica (Vme) é definida pela razão entre a força resistente (PC) e a força motriz (FM)
necessária para o equilíbrio estático do sistema, ou seja:
Vme =
Eq. (3.2)
PC
FM
Classificação das Alavancas:
As alavancas são classificadas, segundo as posições relativas entre as forças motriz e resistente e o
eixo de rotação (onde atua a reação de apoio N), como:
a) Interfixa: Ponto de apoio entre os pontos de aplicação das forças.
b) Inter-resistente: Força resistente entre o ponto de apoio e a força motora.
c) Interpotente: Força aplicada entre o ponto de apoio e a força resistente.
Alavanca Interfixa
N
FM
Alavanca Inter-resistente
FM
PC
N
Alavanca Interpotente
C
N
Pb
Pb
Pb
PC
FM
FM + Pb + PC = N
FM + N = Pb + PC
FM + Pb = C + N
rM.FM +rC.G..Pb = rC.PC
rM.FM = rC.G..Pb + rC.PC
rM.FM + rC.G..Pb = rC.C
Vme
rM.PC
=
rC .PC − rCG .Pb
Vme
rM.PC
=
rC .PC + rCG.Pb
Vme =
16_guia_exp_11_alavanca.doc – João Carlos Botelho Carrero – 09/10/2011
rM.C
rC .C − rCG.Pb
59
4. Instruções para a tomada de dados:
- Forme uma equipe com 4 a 7 colegas no máximo.
- A tomada de dados e o relatório serão feitos em equipe.
- Zere os dinamômetros antes de utilizá-los. Use g = 9,8 m/s2.
5. Cuidados Básicos durante a Tomada de Dados:
- Pegar nos instrumentos com as mãos limpas.
- Não ultrapasse a carga máxima do dinamômetro.
- Avisar imediatamente o professor em caso de avaria de algum instrumento.
6. Materiais e Métodos:
6.1. Materiais Utilizados:
1 régua de plástico, 1 sistema de alavancas modelo JJBan-01 adaptado para painel de forças, 3
dinamômetros.
6.2. Faixa de Medição e Precisão dos Instrumentos:
instrumento
menor leitura
maior leitura
resolução
balança
dinamômetro
régua
6.3. Procedimento Experimental:
Faça as montagens abaixo indicadas:
- Mantenha os dinamômetros perpendicularmente à barra de alumínio (alavanca).
- Meça as distâncias r sempre a partir do parafuso (eixo de rotação) até o ponto de aplicação de
cada força.
Por exemplo: rC.G. vai do parafuso até o meio da barra de alumínio que é onde atua a força peso da
barra Pb.
rM é a distância do eixo de rotação até a força motriz FM ;
rC é a distância do eixo de rotação até a força resistente PC (peso da carga);
- N é a força resistente que o parafuso deve suportar para manter o sistema em equilíbrio estático.
16_guia_exp_11_alavanca.doc – João Carlos Botelho Carrero – 09/10/2011
60
7. Resultados Obtidos:
parafuso
C.G.
7.1. Alavanca Interfixa:
FM = .............
rM = ..............
mC = ............
(massa da carga)
PC
Pb
PC = ..............
rC = ..............
FM
carga
mb = ..………... (massa da barra)
Pb = ...............
dinamômetro
rC.G. = ............
7.2. Alavanca Inter-resistente:
parafuso
C.G.
FM = .............
rM = ..............
mC = ............
(massa da carga)
PC = ..............
mb = ..………... (massa da barra)
Pb = ...............
PC
rC = ..............
Pb
FM
carga
rC.G. = ............
dinamômetro
8. Análise dos Resultados:
Calcule a Vantagem mecânica (Vme) pela equação 3.2:
Vme =
PC
e compare-a com a Vantagem
FM
mecânica teórica Vteor . Calcule o erro percentual. Anote estes resultados na tabela abaixo.
Vantagem mecânica
interfixa
inter-resistente
Vme =
PC
= .............
FM
Vme =
PC
= ................
FM
Vteorica =
rM .PC
= .......... .......... ..
rC .PC − rCG .Pb
Vteorica =
rM .PC
= .......... .......... ..
rC .PC + rCG .Pb
E% =
Vme − Vteorica
V − Vteorica
⋅ 100 = .......... .......... % E% = me
⋅ 100 = .......... .......... %
Vteorica
Vteorica
16_guia_exp_11_alavanca.doc – João Carlos Botelho Carrero – 09/10/2011
61
9. Conclusão: (escreva um texto, no verso desta folha, com base nas questões abaixo)
Porque os dinamômetros estão a 90º da barra de alumínio? Discuta qual a importância disso.
Da análise dos resultados, a vantagem mecânica foi a esperada? Discorra sobre possíveis fontes do
erro obtido.
O que você concluiu sobre as alavancas após este experimento?
10. Bibliografia:
- Carrero, J. C. B., Manual de Laboratório de Estática. 17a Edição. São Paulo : 2011.
Disponível no website: www.iscic.kit.net
16_guia_exp_11_alavanca.doc – João Carlos Botelho Carrero – 09/10/2011