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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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