O que é força de atrito e como ela age no plano inclinado?

Um resumo que vai tirar todas as suas dúvidas sobre força de atrito e plano inclinado, para você entender toda a matéria e gabaritar o vestibular!

Antes, em cinemática, nos preocupávamos apenas com a trajetória e a velocidade durante tal trajetória de partículas, mas quando começamos a estudar, em física, as dinâmicas dos movimentos, estamos sempre preocupados com o motivo de tais acontecimentos. Quais são os motivos da ocorrência de um movimento? Quais são as razões para tais mudanças de velocidade? Essas, que são perguntas frequentes nas aulas de física, já foram explicadas pelas Leis de Newton. Porém, existem mais forças por aí do que você pode imaginar, tais como: força forte, força fraca (estas são forças de interação atômica), força eletromagnética e força gravitacional. Hoje, nos preocuparemos em entender como as forças eletromagnéticas funcionam.

Força de Atrito (Força eletromagnética)

É fácil perceber que temos a noção muito boa de atrito e força de atrito na prática, mas, quando o assunto é teoria, podemos acabar nos enrolando. Para você que anda meio desligado, veja agora algumas situações onde já nos deparamos com atrito e você talvez não tenha percebido!

Muito cuidado ao andar no gelo!
Muito cuidado ao andar no gelo!
Se a sola do seu sapato estiver assim, cuidado para não escorregar!
Se a sola do seu sapato estiver assim, cuidado para não escorregar!

Esses são exemplos de quando a superfície de contato entre você e o chão está com baixo nível de rugosidade. Ou seja, quando o atrito entre seus pés e o piso diminui.

O que faz o nosso caminhar é exatamente o atrito. Quando não há atrito entre nós e o lugar onde pisamos, não há como se locomover. No andar, os pés empurram o chão pra trás e o chão empurra nossos pés pra frente, isso é, a terceira lei de Newton é diretamente relacionada ao nosso dia a dia.

Uma observação MUITO IMPORTANTE da força de atrito é: ela é sempre contrária ao movimento! E pode ser escrita como a rugosidade do contato entre os materiais vezes a Normal (força de contato), ou seja:

Plano inclinado (sem atrito)

Definição: É todo plano que faz qualquer angulação com a horizontal. Na física, vemos o plano inclinado como uma superfície que parece ser um triângulo retângulo, e essa visualização nos ajuda na hora de relacionar senos e cossenos matematicamente com os vetores desejados.

Bloco num plano inclinado
Bloco num plano inclinado

Acima temos um exemplo de um plano inclinado. Podemos definir facilmente as forças que são aplicadas no sistema a partir dos conhecimentos que tivemos no estudo das Leis de Newton e com alguns raciocínios matemáticos de semelhança de triângulos obtemos os vetores:

Desenhando as forças.
Desenhando as forças.

Agora podemos decompor a força peso em duas outras forças para melhor visualização do nosso exercício:

E, assim:

Pensando verticalmente (em y), vemos que o movimento não tem aceleração. Então a soma das forças será igual a zero!

Pensando Horizontalmente (em x), vemos que só há forças puxando o bloco plano a baixo. Logo, a soma das forças será igual a F=m.a.

Plano inclinado (com atrito)

Se você entendeu tudo até agora, é só misturar as ideias para poder chegar à resposta da nossa principal pergunta desde o início do resumo. Imagine agora que o plano inclinado que mencionamos anteriormente tem uma superfície rugosa que cria um atrito com o bloco, e, por consequência, cria uma força de atrito, já definida anteriormente.

Repetindo os desenhos de plano inclinado:

Agora é só somar, horizontalmente Px e Fat.

Quando houver movimento:Força Resultante = m.a

Quando não houver movimento, ou a velocidade for constante:  Força resultante = zero

EXERCÍCIOS

1. (PUC-RJ) Uma caixa cuja velocidade inicial é de 10 m/s leva 5 s deslizando sobre uma superfície horizontal até parar completamente.

Considerando a aceleração da gravidade g = 10 m/s2, determine o coeficiente de atrito cinético que atua entre a superfície e a caixa.
a) 0,1
b) 0,2
c) 0,3
d) 0,4
e) 0,5

VEJA COMO RESOLVER PASSO-A-PASSO ESTA QUESTÃO!

2. (Ufrrj-RJ) Um bloco se apóia sobre um plano inclinado, conforme representado no esquema:

Dados: sen 30° = 0,5

Se o bloco tem peso de 700N, a menor força de atrito capaz de manter o bloco em equilíbrio sobre o plano é
a) 350N.
b) 300N.
c) 250N.
d) 200N.
e) 150N.

 VEJA COMO RESOLVER PASSO-A-PASSO ESTA QUESTÃO!

GABARITO

1. B

2. B

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