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BALANÇA – LEI DA ALAVANCANesta atividade iremos verificar a lei da alavanca, aplicada a uma régua com um fulcro que é um ponto de suspensão, e construir uma balança, que servirá para várias experiências.

DISCIPLINA Física - 10º ano; Física - 12º ano

PROGRAMA CURRICULAR Forças e Movimentos; Forças, Movimentos e Equilíbrio

Como usar uma régua para fazer uma balança? Numa régua suspensa e equilibrada na horizontal, o produto entre as forças (F) e os braços (d) de cada um dos lados da régua na situação de equilíbrio é, F1×d1=F2×d2. Esta é a lei das alavancas, sendo o fulcro da alavanca o ponto de suspensão da régua e sendo os braços a distância entre o fulcro e o ponto de aplicação das forças verticais (ver esquema).

EXPERIÊNCIAS

1.1 - Verificar a relação entre a força e o braço de uma alavanca. 1.2 - Usar o conhecimento adquirido em 1.1 para usar a régua como balança e determinar a massa dos clips da caixa. 1.3 - Usar a balança para pesar objetos mais pesados que serão usados noutras experiências.

PRECEDÊNCIAS 1.1 - nenhuma 1.2 - 1.1 1.3 - 1.1

F1

F2

d1 d2

Fulcro

2

MATERIAL

- Fio;- Régua de 40 cm com um furo aos 20 cm;- Clips (nº10);- Porca calibrada (massa de 28,4g);- Massas para calibrar (pedras ou objetos metálicos suscetíveis de serem suspensos - o objetivoé conseguir uma massa calibrada de cerca de 100g e duas massas calibradas de cerca de200g);- Caneta de acetato;- Mesas.

PROCEDIMENTO

EXPERIÊNCIA 1.1 – Determinar a Lei da Alavanca

1. Colocar uma mesa da sala de aula sobre outra idêntica. Estas mesas vão funcionar comoestrutura de trabalho (Fig.1A).

2. Prender com fita cola um clip, ligeiramente dobrado, que funcione de apoio de suspensão namesa superior (Fig.1B).

3. Ligar dois clips com o fio de pesca. Um dos clips será inserido no furo central da régua (clip desuporte); o outro prende-se ao clip da mesa (clip de suspensão); a régua fica assim penduradaao nível dos olhos do experimentador (Fig.1C).

Nota: Se esta for a primeira experiência a efetuar, há que construir uma balança de régua (ver instruções na Nota experimental). Idealmente, estas devem ser seguidas antes da aula, pelo professor, ficando depois a balança pronta a usar em todas as atividades seguintes. O procedimento será sempre necessário para réguas novas (sem furos) ou que precisem de ser reequilibradas, ou caso seja necessário refazer os ganchos.

4. Equilibrar quantidades diferentes de clips dos dois lados da régua tomando nota:

a) da quantidade de clips (não esquecendo os próprios ganchos);b) das distâncias ao ponto de apoio;

1A 1B

3

Para obter o equilíbrio deslocam-se os ganchos ao longo da régua (o que faz variar o comprimento dos braços da alavanca).

Nota: é importante garantir que os ganchos estão na posição vertical quando o equilíbrio é atingido com a régua na horizontal (Fig.1D).

5. Medir os braços da alavanca quando se atingir o equilíbrio.

6. Calcular os produtos braço x peso [eq. 1]. Ao eliminar o peso dos clips na equação obtém-seuma relação entre distâncias e números de clips [eq. 2].

Exemplo: n1 clips a d1 cm do ponto de apoio (fulcro da alavanca) equilibrados com n2 clips a d2 cm do ponto de apoio.

(("# + #) × '()*+,-.) × /# = (("2 + #) × '()*+,-.) × /2 [eq 1]

isto é

("# + #) × /# = ("2 + #) × /2. [eq 2]

7. Verifica-se que os produtos são iguais ou que a razão é ~1, conforme a lei das alavancas.

EXPERIÊNCIA 1.2 – Usar a balança de régua para medir a massa dos clips

1. Para determinar o peso/massa de cada clip, equilibram-se clips com o peso da porcacalibrada, seguindo o procedimento descrito em 1.1 (Fig. 1E). Experimentar com perto de 15 clipse medir as distâncias aos fulcros. Calcular as massas dos clips usando a lei da alavanca.

d1 d2

1C 1D

1E

4

Exemplo: Equilibram-se N clips (mais o gancho) com a porca calibrada (mais o gancho). Obtiveram-se para os braços da alavanca respetivamente, d1 e d2.

(3 + #) ×4+,-. × 5 × /# = (#4+,-. +4.*6+7) × 5 × /2 ⟺4+,-. =4.*6+7×/2

(39#)×/#:/2 [eq.3]

em que 5 é a aceleração da gravidade à superfície da Terra.

Nota: É importante registar a massa dos clips, que serão usados noutras experiências como massas de referência.

EXPERIÊNCIA 1.3 – Usar a balança de régua para medir outras massas

1. Repetir a experiência 1.2 para determinar os pesos/massas a serem usadas noutrasexperiências em que sejam necessários pesos maiores; o objetivo é encontrar três corpos quepossam ser suspensos na balança de régua, um deles com uma massa de cerca de 100 g e osoutros dois com massas de cerca de 200 g (por exemplo, pedras ou objetos metálicos) (Fig. 1F).

2. Regista-se o valor da massa medido em cada um dos corpos com uma caneta de acetato,neles próprios ou num recipiente em que sejam guardados (por exemplo, um pequeno saco deplástico).

3. Caso seja possível, podem validar estas medições numa balança convencional.

1F