O coeficiente de atrito estático entre um bloco e um piso horizontal é 0.4, enquanto o coeficiente de atrito cinético é 0.15. A massa do bloco é 5kg. Se uma força horizontal aumenta aos poucos até o bloco se mover, qual é o valor da força no momento em que o bloco começa a se mover. Assuma g = 9,8m/(s^2).
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Podemos utilizar a equação do movimento na direção horizontal para encontrar o valor da força necessária para iniciar o movimento do bloco:
F - f = ma
onde F é a força horizontal aplicada, f é a força de atrito, m é a massa do bloco e a é a aceleração.
Para encontrar a força necessária para iniciar o movimento, precisamos encontrar o valor máximo da força de atrito estático, que é dado por:
f_max = μ_est * N
onde μ_est é o coeficiente de atrito estático e N é a força normal, que é igual ao peso do bloco:
N = m * g = 5kg * 9,8m/(s^2) = 49N
Assim, temos:
f_max = 0,4 * 49N = 19,6N
Portanto, a força horizontal necessária para iniciar o movimento do bloco é igual ou superior a 19,6N.
Quando o bloco começa a se mover, a força de atrito passa a ser a de atrito cinético, que é dada por:
f = μ_cin * N
onde μ_cin é o coeficiente de atrito cinético. Substituindo os valores, temos:
f = 0,15 * 49N = 7,35N
Assim, a partir do momento em que o bloco começa a se mover, a força horizontal necessária para mantê-lo em movimento é igual ou superior a 7,35N.
Para iniciar o movimento: F > 19,6 N
Para manter o movimento: F ≥ 7,35 N
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A força de atrito de contato entre duas superfícies é dada pela fórmula
[tex]\mathbf{F_{at}=\mu \cdot N}[/tex]
Onde N é a força normal entre as superfícies. No caso dessa superfície ser horizontal a normal é igual à força Peso:
[tex]N = P[/tex]
No nosso caso
[tex]\mu_e = 0,4\\\\\mu_d=0,15\\\\m = 5 \:kg\\\\g = 9,8\:m/s^2[/tex]
Para que o bloco inicie o seu movimento a força horizontal exercida sobre ele deve ser maior que a força do atrito estático.
[tex]F_{at}=\mu_e\cdot N\\\\F_{at}=0,4\cdot \overbrace{P}^{m\cdot g}\\\\\\F_{at}=0,4\cdot 5\cdot9,8\\\\\\F_{at} = 19,6\:N[/tex]
Ou seja, para iniciar o movimento a força horizontal deve ser maior que 19,6 N: F > 19,6 N
OBSERVAÇÃO
Depois de iniciado o movimento o atrito dinâmico é
[tex]F_{at}=\mu_d\cdot N\\\\F_{at}=0,15\cdot \overbrace{P}^{m\cdot g}\\\\\\F_{at}=0,15\cdot 5\cdot9,8\\\\\\F_{at} = 7,35\:N[/tex]
Para manter o corpo em movimento é necessária uma força maior ou igual a 7,35 N