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Testando os amaciantes
(Estudo do atrito)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Introdução
Os amaciantes que existem no mercado realmente amaciam ou são apenas meras propagandas de seus fabricantes? Será que tais amaciantes realmente reorganizam as fibras e fibrilas do tecido, diminuindo as reentrâncias e saliências e, como isso, tornando-os mais lisos?

O fato de se tornarem menos ásperos, ou mais lisos, está relacionado com o atrito despertado quando se passa algo sobre eles, a mão ou um bloco, por exemplo. Mais especificamente, diminuirão eles o coeficiente de atrito no escorregamento de uma superfície sobre outra?

Essa é a proposta de nosso experimento: mostrar "cientificamente" se tais ou quais amaciantes realmente funcionam. O alvo experimental será o coeficiente de atrito.

Material
Placa de madeira de (150 x 15 x 1) cm; uma trava para a tábua (pode ser um mero prego); fita métrica (trena ou metro de balcão); cubo de madeira com 10 cm de aresta; 3 pedaços de pano de (10 x 13) cm (tecido); fita adesiva dupla face e amaciantes das marcas A e B.

Nota: Um dos pedaços de pano não terá tratamento algum; os outros dois pedaços devem ser tratados conforme determina as especificações dos fabricantes A e B.

Montagem
Coloque a trava para a tábua (o prego, por exemplo) a pouco mais de 1 metro do pé da mesa. Apóie a extremidade inferior da tábua nessa trava e encoste-a na borda da mesa, como se ilustra. Coloque o metro de balcão a exato 1 m da extremidade inferior da tábua. Essa distância, x = 1 m, será uma constante em todos os ensaios.

A mesa poderá ser deslocada para a frente ou para trás, alterando a inclinação da tábua, mas o metro de balcão deverá permanecer sempre na mesma posição, a 1 metro da extremidade inferior da tábua. Para cada inclinação da tábua, o metro de balcão indicará uma nova leitura para a altura H.

Prenda os pedaços de tecido às faces opostas do cubo de madeira. Para fixar as bordas do tecido nas faces laterais do cubo pode-se usar da fita adesiva dupla face ou alguns percevejos latonados.

Observe como colocar os tecidos nas faces opostas do bloco de madeira:

Numa das faces fixar o tecido que não foi tratado com nenhum amaciante e na face oposta o tecido tratado com o amaciante A. Depois do primeiro ensaio, o tecido sem nenhum tratamento especial será substituído pelo tecido tratado com o amaciante B.

Procedimento
a) Coloque o bloco de madeira sobre o topo da tábua inclinada, apoiado por uma das faces revestidas com tecido sem nenhum tratamento especial;

b) Vá aumentando progressivamente o ângulo de inclinação da tábua e dando pancadinhas de leve sobre ela; haverá um ângulo para o qual o bloco começará a deslizar lentamente plano abaixo.

Anote a altura H1 nessa situação. Essa altura H1 que identifica a inclinação segundo a qual o bloco (+ tecido) desliza lentamente plano abaixo servirá de referência para os dois próximos ensaios.

c) Vire o bloco de modo que a face revestida com o tecido tratado com o amaciante A fique voltada para baixo para e apóie-lo no topo da tábua. Novamente vá aumentando progressivamente a inclinação da tábua (não mexa na posição do metro de balcão) e dando leves pancadas sobre ela; haverá um ângulo de inclinação para a qual o bloco começara a deslizar lentamente plano abaixo. Anote a altura H2, indicada pelo metro de balcão, nessa situação.

d) Substitua o tecido sem tratamento por aquele tratado com o amaciante B e apóie o bloco no topo da tábua, com esse tecido tratado em contato com a superfície da tábua. Novamente vá aumentando progressivamente a inclinação da tábua (não mexa na posição do metro de balcão) e dando leves pancadas sobre ela; haverá um ângulo de inclinação para a qual o bloco começara a deslizar lentamente plano abaixo. Anote a altura H3, indicada pelo metro de balcão, nessa situação.

e) Esses ensaios (c) e (d) devem ser repetidos pelo menos 5 vezes e os valores H2 e H3 devem ser os valores médios dessas medidas.

f) Resumo dos ensaios:

H1 = ........... m à tecido sem tratamento com qualquer amaciante

H2 = ........... m à tecido tratado com o amaciante A

H3 = ........... m à tecido tratado com o amaciante B

g) Os amaciantes, segundo a publicidade, fazem com que as fibras dos tecidos se soltem. Sendo assim, por diminuírem sensivelmente as reentrâncias e saliências, os tecidos tratados com amaciantes devem deslizar "mais suavemente" quando em contato com outros corpos (a mão, por exemplo). Um tecido amaciado deve apresentar um atrito menor com a superfície em contato. Em nosso experimento, tudo isso reduz-se a dizer que: quanto mais liso, menor deverá ser a inclinação da tábua para que o bloco comece a escorregar.

Quanto mais liso, menor deverá ser o valor de H.

Tendo-se isso em mente os resultados possíveis serão:

1) Se H1 for igual ou menor que as leituras H2 e H3, sugerimos que você refaça os ensaios e, se os resultados se confirmarem, você sabe o que pensar e fazer com esses amaciantes.

2) Se H2 for menor que H1, o amaciante A realmente funcionou;

3) Se H3 for menor que H1, o amaciante B realmente funcionou;

4) Se H2 for menor que H3, o amaciante A é melhor que o amaciante B;

5) Se H3 for menor que H2, o amaciante B é melhor que o amaciante A.

Justificação
A teoria do atrito vista na Dinâmica (Física - 1º ano, ensino médio --- vide resumo abaixo) nos mostra que a força de atrito Fat despertada entre duas superfícies sob compressão N, na iminência de escorregamento de uma sobre a outra, é dada por:

Fat = m .N

Onde m , uma constante de proporcionalidade adimensional, denominada coeficiente de atrito, caracteriza as superfícies em contato (natureza, estado de polimento etc.).

Um experimento simples para se determinar o coeficiente de atrito entre duas dadas superfícies (a de uma tábua e o material da base de um bloco, por exemplo) é a do plano inclinado. Coloca-se o bloco sobre um plano inclinado e lentamente (e dando ligeiras pancadinhas sobre ele) aumenta-se o ângulo de inclinação a do plano. Na iminência de escorregamento, a componente do peso do bloco na direção do plano [P.sena ] deve ser igual à força de atrito (Fat).

(1)            Fat = P.sena

A força responsável pela compressão do bloco sobre a superfície do plano inclinado (N), nessa situação, tem mesma intensidade que a componente normal do peso do bloco [P.cosa ].

(2)            N = P.cosa

Sendo Fat = m .N , obtemos, por substituição: P.sena = m . P.cosa   ou,   m = sena /cosa = tga .

O desenvolvimento mostra que, na iminência de movimento do bloco sobre o plano inclinado, o coeficiente de atrito é igual à tangente trigonométrica do ângulo a .

Atrito --- conceitos gerais --- resumo
1) Força de atrito estático entre dois corpos é a força tangencial que se opõe ao deslizamento de um em relação ao outro.

2) Força limite de atrito F' é o máximo valor (intensidade) da força de atrito estático, que ocorre quando o movimento é iminente.

3) Força de atrito cinético (ou dinâmico) é a força tangencial despertada entre dois corpos, após iniciado o movimento. Sua intensidade é menor do que a da força de atrito estático.

4) Ângulo de atrito é o ângulo compreendido entre a linha de ação da reação total de um corpo sobre o outro e a normal à tangente comum, quando o movimento é iminente.

5) Coeficiente de atrito estático (m est.) é a relação entre o valor da força limite de atrito F' e o valor da reação normal N. Escreve-se:

m est.= F'/N

6) Coeficiente de atrito cinético (m cin.) é a relação entre a intensidade da força de atrito cinético e a da reação normal.

7) Ângulo de repouso a é o máximo ângulo que um plano inclinado pode fazer com o plano horizontal sem que um corpo nele apoiado se mova sob a ação do seu peso e da reação do plano. Esta situação de movimento iminente é a ilustrada:

A resultante R de F' e N está  representada com a mesma intensidade e a mesma linha de ação do peso P, atuando, entretanto, em sentido oposto, Embora o movimento seja iminente, o corpo ainda está em equilíbrio.

As igualdades que se seguem estão fundamentadas em relações trigonométricas da figura:

mest. = F'/N = tga

Leis do atrito --- de Coulomb e Morin

a) 0 coeficiente de atrito não depende do valor da reação normal nem do peso do corpo.

b) 0 coeficiente de atrito independe da  área da superfície de contato.

c) 0 coeficiente de atrito cinético é menor do que o de atrito estático.

d) Para pequenas velocidades, a força de atrito independe da velocidade. Constata-se um decréscimo nessa força, para maiores velocidades.

e) A força de atrito estático jamais atinge intensidade maior do que a necessária para manter o corpo em equilíbrio.

 


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