Trabalho 5 de Fisica

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    INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DEMATO GROSSO

    CAMPUS CUIAB BELA VISTA

    ARIADNY ARCAS

    CAROLINE ALVES

    JESSICA RAMOS

    KELLY GOBBI

    LIDIANE LOUZADA

    RELATRIO DE FSICA EXPERIMENTAL

    A PRIMEIRA LEI DO MOVIMENTO DE NEWTON, FORAS DE ATRITO,COEFICIENTES DE ATRITO ESTTICO E DE ATRITO CINTICO DE

    DESLIZAMENTO.

    CUIAB-MT17/11/2011

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    INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DEMATO GROSSO

    CAMPUS CUIAB BELA VISTA

    ARIADNY ARCAS

    CAROLINE ALVES

    JESSICA RAMOS

    KELLY GOBBI

    LIDIANE LOUZADA

    RELATRIO DE FSICA EXPERIMENTAL

    A PRIMEIRA LEI DO MOVIMENTO DE NEWTON, FORAS DE ATRITO,COEFICIENTES DE ATRITO ESTTICO E DE ATRITO CINTICO DE

    DESLIZAMENTO.

    Relatrio de verificao deaprendizagem da disciplina deFsica Experimental do curso

    de Engenharia de Alimentos doInstituto Federal de Educao,Cincia e Tecnologia de MatoGrosso IFMT-Campus CuiabBela Vista, sob orientao doprofessor Jonas Spolador.

    CUIAB-MT

    17/11/2011

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    1.0 INTRODUO

    A fora de atrito bem presente em nossas vidas. ela que torna possvel o

    movimento da grande maioria dos objetos que se movem apoiados sobre o

    solo. As rodas dos veculos,por exemplo, cujo movimento devido queima de

    combustvel do motor, so revestidas por pneus. A funo dos pneus tirar o

    mximo proveito possvel da fora de atrito .Os pneus, acoplados s rodas,

    impulsionam a Terra para trs. O surgimento da fora de atrito impulsiona o

    veculo para frente.Quando aplicamos o freio vale o mesmo raciocnio anterior

    e a fora de atrito atua agora no sentido contrrio ao do movimento do veculo

    como um todo. Pensando nisso procuramos rever os conceitos da fsica

    mecnica,relacionada ao movimento. Para explicar um fenmeno temos varias

    componentes envolvidas, porm neste contexto procuramos focar nossos

    estudos, nos efeitos produzidos pelos coeficientes de atrito sendo esttico ou

    cintico, massa, peso, alm de relembrarmos as trs leis de Newton.Para cada

    situao,foi necessrio explicar detalhadamente cada passagem, enfatizando

    seus clculos , analises e teorias.

    A origem da fora de atrito de natureza eletromagnticas, e deve-se integrao entre as nuvens eletrnica dos tomos localizados nas zonas de

    contacto entre os corpos. As "superfcies" aparentemente planas de materiais

    no o so de fato, esto cheias de altos e baixos com "picos" que podem

    atingir vrios milhares de raios atmicos.

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    1.1OBJETIVOS

    - Construir e interpretar tabela de dados;

    - Reconhecer a primeira lei de Newton durante as praticas experimentais;

    - Provar que a fora o agente capaz de modificar o estado de repouso ou

    movimento de um corpo;

    - Comparar atrito esttico com o atrito cintico.

    - Classificao das foras de atrito.

    - Determinar aproximadamente o coeficiente de atrito cintico bem como afora de atrito esttico e a fora de atrito cintico.

    1.2 FUNDAMENTAES TERICAS

    Como auxilio utilizamos dois livros em especial; o GREF volume 1 da editora

    Edusp e o livro Fundamentos da Fsica volume 1, 8 edio, Halliday, Resnick

    e Walker e Gaspar, Alberto. Fsica Mecnica volume 1.

    2.0 MATERIAIS:

    01 dinammetro de 2N

    01 corpo de prova de madeira com uma de suas faces revestidas;

    01 plano inclinado com escala de 0 a 45 graus, sapatas niveladora

    amortecedoras;

    01 rampa auxiliar de engate rpido;

    01 corpo de prova metlico;

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    3.0 PROCEDIMENTOS

    1 Experimento: A primeira lei de Newton e as foras de atrito.

    Durante esta etapa, executamos a montagem do plano inclinado, deixando a

    face revestida do corpo de prova em contato com a superfcie da mesa assim

    como ilustra na foto abaixo.

    Com o corpo de prova sobre a mesa e mantendo o dinammetro paralelo a

    superfcie aplicou uma fora de 0,2 N e realizamos vrios teste conforme cada

    aplicao de fora. Tambm preenchemos uma tabela, analisamos as leis

    aplicadas durante o processo.

    Posteriormente viramos o corpo de prova, deixando a superfcie maior da

    madeira em contato com o plano. Realizamos os mesmos testes que os

    anteriores e verificamos as diferenas e procuramos justific-las.

    2 Experimento: A determinao dos coeficientes de atrito esttico e de atrito

    cintico de deslizamento.

    Utilizando a mesma montagem do primeiro experimento, alteramos o ngulo e

    em cada alterao verificamos os resultados produzidos.

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    3 Experimento: O coeficiente de atrito cintico de deslizamento para um corpo

    de prova metlico.

    Colocamos um dos corpos de prova metlico, com sua face reta sobre a rampa

    e verificamos o valor mdio do ngulo de ocorrncia do movimento

    aproximadamente uniforme. Anotamos e analisamos os resultados.

    4.0RESULTADOS E DISCUSSO.

    4.1 A PRIMEIRA LEI DE NEWTON E AS FORAS DE ATRITO.

    Em um plano, apoiamos um bloco de madeira revestido por uma material

    emborrachado de peso aproximado de 1,12N, conectamos ao dinammetro de

    2N paralelamente a superfcie e aplicamos uma fora de 0,2N. O bloco de

    madeira continua em repouso e apoiado sobre o plano horizontal. Mesmo

    sendo puxado por uma fora (F) exercida pelo dinammetro, no possvel

    verificar qualquer movimento. O atrito exercido entre o bloco e a superfcie

    maior que o atrito cintico. Por isso que a fora (F) deve atingir um fora

    superior ao do atrito esttico para que ocorra o movimento.

    Em seguida aumentamos a intensidade da fora gradativamente de 0,2 a 0,2N

    at a ocorrncia do movimento, assim como ilustrado.

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    Na figura 1 como especificado, nenhuma das foras correspondentes

    apresentou movimento. J na figura 2, as foras especificadas correspondem

    ao inicio do movimento bem como a uniformidade dele.

    Com as informaes a seguir confeccionamos uma tabela.

    Tabela 1:

    Superfcie em contato: Tampo do plano eesponja.

    Foras aplicadas emNewtons (N)

    Ocorrncia demovimento (sim ou

    no).0,2N No

    0,4N No

    0,6N No

    0,8N No

    1,0N No

    1,2N Sim

    1,4N Sim

    1,6N Sim

    O menor valor aproximado de fora aplicada capaz de iniciar o movimento

    entre as superfcies esponjosas do corpo de prova e a superfcie do plano, foi

    de 1,15N. Para que haja movimento, necessria a aplicao de uma fora

    superior ao peso do bloco, para que seja possvel vencer o atrito. Percebe-se

    que, logo aps iniciar o movimento, o valor da fora aplicada decaiu.

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    Virando o bloco de madeira cuja superfcie a lisa e apoiando no plano temos

    o seguinte:

    Tabela 2:

    Superfcie em contato: Tampo do plano e bloco (parte lisa).

    Foras aplicadas em Newtons (N) Ocorrncia de movimento (sim ou

    no).

    0,2N Sim

    0,4N Sim

    0,6N Sim

    0,8N Sim

    1,0N Sim

    1,2N Sim

    1,4N Sim

    1,6N Sim

    A menor fora aplicada neste caso, para iniciar o movimento foi de 0,1N.

    Comparando os dois testes conclumos que: as propriedades das foras de

    atrito so obtidas experimentalmente. Sabe-se que a intensidade da fora de

    atrito esttico ou cintico depende principalmente dois fatores, com a fora

    normal as superfcies em contato; a natureza das superfcies em contato,

    expressa pelo coeficiente de atrito ().

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    Quando trabalhamos com a superfcie esponjosa do bloco, o movimento

    apresenta-se com maior resistncia. J, com a superfcie lisa de madeira, o

    atrito consideravelmente reduzido. O bloco desliza facilmente sobre o plano

    inclinado.

    Inicialmente, ao exercermos uma fora externa, dentro de certo limite, no

    conseguimos movimentar o corpo. Interao com a fora exercida e com a

    fora de atrito tem um bloco sem movimento.

    Fa deve ser maior ou igual a F para que haja movimento. Isto no ocorre

    quando a resultante das foras externas nula, e devido a isso no ser capaz

    de mover o bloco. Esta fora resistente, alm de contrariar a fora externa que

    tende a deslocar o corpo de prova, tambm acompanha o seu aumento

    modular at certo valor mximo, a partir deste valor mximo, qualquer

    acrscimo dado fora aplicada surge como fora resultante e desloca omvel, tirando as superfcies em contato do seu repouso relativo. Sempre que

    houver tendncia ao movimento relativo entre quaisquer superfcies em contato

    inicialmente em repouso, se verifica a presena desta fora que se ope ao

    movimento, denominado de fora de atrito esttico (fe) . O valor maximo da (fe)

    equivale ao modulo da menor fora aplicada necessria para iniciar o

    movimento relativo entre as superfcies que se tocam, logo:

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    fe mx = fminima para iniciar o movimento

    A lei que afirma que: A fora de atrito independe da rea de contato aceita

    devido proporcionalidade existente entre a rea efetiva e a fora normal,

    atuante nos pontos de contato entre duas superfcies que buscam o movimento

    relativo.

    Quando falamos em coeficiente de atrito esttico e estamos falando na

    verdade no grau de atrito entre as superfcies em estudo, que dependem da

    natureza destas superfcies; das foras de adeso eletromagnticas nos pontos

    em que as superfcies se tocam; de quo speras so as superfcies; da

    umidade existente; do nvel de contaminao entre outras.

    Temos como base a figura anterior, e suas definies, vo calcular a fora

    norma que atua no bloco utilizado. Assim temos que:

    m=1,12N

    g=9,82m/s2

    P=m x g

    1,12= m x 9,82

    m= 0, 114Kg

    N=m x g

    N= 0,114 x 9,82

    N 1,12N

    e= fmin /N

    e=1,2 / 1,12

    e=1,07

    Isso significa que a fora de atrito esttico pode assumir qualquer valor

    compreendido entre zero e 1,07 N, dependendo da fora externa exercida.

    Utilizando a tabela 2 (superfcie lisa do bloco) do experimento anterior,

    podemos determinar o valor mdio da fe mxima entre entre a superfcie de

    madeira e a superfcie do plano. Como fe mxima = f mnimo para iniciar o

    movimento, temos:

    Fe 0,1N

    N= 1,12N

    m=0,114Kg

    P= 1,12N

    e= fe/N

    e=0,1 / 1,12

    e=0,089

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    Como o bloco no encontrou dificuldade em se mover, esses valores podem

    ser considerados como sendo verdadeiros.

    Deve-se tomar cuidado ao calcular o coeficiente de atrito esttico. Para cada

    superfcie temos um coeficiente diferente, pois impossvel se obter

    superfcies perfeitamente polidas e sem foras de coeso moleculares nas

    poucas regies pontuais, efetivamente um contato. invivel se buscar o

    relacionamento entre a fe e a rea real de contato entre as superfcies. Por isso

    no valido afirmar que o valor de e fixo ou tabelado.

    Imaginemos outra situao: caso dssemos um empurro no bloco com a parte

    emborrachada em contato com o plano e depois com a sua superfcie lisa de

    madeira para baixo. Analisando o tempo de parada, o bloco com a regio

    emborrachada pararia primeiro. Conforme o bloco vai se movendo, a fora (F)

    aplicada diminuiria e a fa aumentaria. Caso o conjunto bloco/plano ficassem em

    uma situao ideal de total ausncia de atrito, o movimento do bloco nesta

    superfcie seria um movimento caracterizado com movimento uniforme. como

    se o bloco ficasse o tempo todo patinando sobre o plano.

    A primeira lei de Newton afirma que: um corpo em repouso, ou em movimento

    retilneo e uniforme, assim permanecer, a menos que uma fora resultante

    externa venha a atuar sobre ele. Neste contexto salientamos que o movimento

    retilneo e uniforme um movimento ideal, muito difcil de obter na pratica,

    contudo qualquer aproximao conseguida de grande utilidade a

    compreenso de muitos fenmenos.

    A fora de atrito cintico, uma vez comeado o movimento do corpo, atua

    manuteno do movimento retilneo uniforme, anulando a fora de atrito. esta

    fora que atua entre as superfcies que se deslocam em movimento relativo,

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    uma sobre a outra, denominado de fora de atrito cintico e representada

    por fc.

    Para uma analise mais precisa da fora de atrito cintico, puxamos o corpo de

    prova com a sua superfcie de madeira em contato com a mesa, procurando

    manter uma velocidade baixa e constante, observa-se que o deslocamento do

    corpo de prova anotamos o valor da fora aplicada por 5 vezes consecutivos,

    assim como demonstra tabela 3.

    Tentativas Fora aplicada em

    Newtons.

    1 1,32

    2 1,30

    3 1,26

    4 1,22

    5 1,32Mdia: 1,284

    Temos que:

    fc= c x N

    fc = fora de atrito cintico.

    c =coeficiente de atrito cintico.

    N = normal.

    Tendo como referencia dados da tabela 1, podemos calcular o coeficiente de

    atrito e a fora de atrito cintico em relao superfcie esponjosa.

    fminimo = 1,2N

    fc 1,14N

    P=m x g

    1,12 = m x 9,82

    m=0,114Kg

    N= m x g

    N= 1,12N

    P=N

    fc= c x N

    c = fminimo /N

    c = 1,2 / 1,12N

    c = 1,07

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    Analisando outra situao, entre a ao da gua de um dia chuvoso sobre os

    pneus de um carro e o asfalto, temos que:

    No podemos considerar c como sendo constante, pois em cada situao

    temos um funcionamento, superfcies, texturas, ngulos e planos diferentes.

    Conforme a superfcie/ngulo ou texturas, temos foras de contato distintas,

    assim como demonstra as figuras abaixo:

    FR= Px Fa

    Px > Fa

    A fora de atrito diretamente proporcional ao modulo da fora normal (N) as

    superfcies em contato. No entanto, como o atrito esttico e o cintico tm

    caractersticas e coeficientes diferentes. J em dias chuvosos, o asfalto ganha

    uma pelcula que diminui a superfcie de contato do pneu com a superfcie

    asfaltica. Sendo assim o atrito reduzido consideravelmente, funcionando

    como um lubrificante. Em outras palavras, um corpo no lubrificado pressiona

    uma superfcie nas mesmas condies e uma fora F tenta fazer o corpo

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    deslizar ao longo da superfcie. A fora de atrito resultante pode apresentar trs

    propriedades:

    A primeira afirma que se um corpo no se move a fora de atrito esttico e a

    componente de F paralela as superfcies se equilibram. Elas tm o mesmo

    modulo, e a fora de atrito esttico tem o sentido oposto ao da componente de

    F.

    A segunda propriedade retrata o modulo da fora de atrito esttico, possuindo o

    valor Maximo. Se o modulo da componente de F paralela a superfcie excede a

    fora de atrito esttico, o corpo comea a deslizar ao longo da superfcie. J a

    terceira, afirma que se um corpo comea a deslizar ao longo da superfcie, o

    modulo da fora de atrito diminui rapidamente para um valor x.

    4.2 UM POUCO MAIS SOBRE A FORA DE ATRITO

    Quando iniciamos um movimento de um bloco que esta apoiada sobre uma

    superfcie, sentimos certa resistncia. Essa resistncia diminui assim que o

    movimento se inicia.O bloco sob ao da gravidade, comprimido contra a

    superfcie que o apia, a qual reage com uma fora igual em modulo, mas em

    sentido contrario, denominado fora normal. Para tentar empurrar um bloco,

    uma fora (F) exercida. Se ele no entra em movimento, a resultante sobre

    ele nula. Portanto, outra fora de mesma intensidade, mesma direo e

    sentido contrariam existe. Essa fora denomina-se fora de atrito esttico (fe).

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    Se aumentarmos gradativamente a fora aplicada (F) e o bloco ainda continuar

    em repouso, significa que a fora de atrito esttico fe tambm aumentou

    proporcionalmente a fora aplicada F. Quando o bloco iniciar o movimento,

    significa que a resistncia esttica foi vencida. O valor da fora de atrito

    esttico fe para a qual o bloco comea a se mover, proporcional ao valor da

    fora normal N,exercida pela superfcie sobre o caixote. Esta fora fe a

    mxima que a superfcie capaz de aplicar no caixote, na direo, na

    horizontal. Por isso a formula: fe= e x N.

    O coeficiente de atrito esttico depende da natureza das superfcies em

    contato, das condies de polimento e da lubrificao entre as superfcies.

    Depois que o bloco entra em movimento, a resistncia diminui. A essa

    resistncia menor e que permanece constante durante o movimento chamamos

    d e fora de atrito dinmico.

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    Em uma escala microscpica, as foras de atrito tm origem nas interaes

    atmicas que ocorrem nas regies de contato entre as superfcies. Tais regies

    que correspondem, em nvel microscpico, as salincias existentes nas

    superfcies em contato, representam uma pequena frao da rea destas

    superfcies.

    Nos pontos em que estas salincias

    se justapem, ocorre fortes adeso

    superficial devido s foras

    atmicas, que se constituem numa

    espcie de solda entre os dois

    materiais.

    Desse, modo, a fora de atrito esta associada ruptura das soldas existentes

    nas inmeras salincias, quando um corpo arrastado sobre o outro. Tais

    soldas existentes nas inmeras salincias, quando um corpo arrastado

    sobre o outro. Tais soldas se refazem continuamente, em novos pontos de

    contato, enquanto ocorre o deslocamento relativo entre os corpos.

    As foras de atrito so inevitveis na vida diria. Se no fssemos capaz de

    venc-las elas fariam parar todos os objetos que estivessem se movendo e

    todos os eixos que estivessem girando. Cerca de 20% da gasolina consumida

    por um automvel so usados para compensar o atrito das peas do motor e

    da transmisso. Por outro lado, se no houvesse atrito no poderamos fazer o

    automvel ir a lugar algum nem poderamos caminhar ou andar de bicicleta.

    No poderamos segurar um lpis, e mesmo que pudssemos, no

    conseguiramos escrever. Pregos e parafusos seriam inteis, os tecidos se

    desmanchariam e os nos se desatariam.

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    Andar a p ou de carro so interaes entre os ps e o cho ou entre os pneus

    e o cho. Para caminhar, empurramos a terra para trs e nos deslocamos para

    frente, porem, no vemos a terra se deslocar em sentido oposto. Graas

    fora de atrito conseguimos nos deslocar. Sem ele patinaramos no mesmo

    lugar.

    4.3 DETERMINAES DOS COEFICIENTES DE ATRITO ESTTICO E DE A

    ATRITO CINTICO DE DESLIZAMENTO.

    Com a parte esponjosa do bloco em contato com a rampa auxiliar, giramos o

    manipulo do fuso de elevao continua,inclinando o plano articulvel at o

    ngulo de 15.

    Px= P.sen

    Px= 1,14 x sen15

    Px= 0,295N

    N = Py

    Py= 1,14 x sen15

    Py= 1,10N

    Como a fora que faz o bloco se movimentar Py, conclui-se que a fora de

    atrito esttico deve-se apresentar maior que Px= 0,295N. por esse motivo o

    bloco no se moveu.Realizando novos testes, constatamos que o bloco se

    mover quando o ngulo de inclinao for 45. Assim temos que: fmin:

    Px= P.sen Px= 1,14 x sen45 Px= 0,806N

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    Nmero de medidas

    executadas

    ngulo

    aproximado

    1 45

    2 45

    3 45

    4 45

    5 45

    Mdia 45

    N= P cos N= Py

    Py= P.cos

    cos = C.A / hip

    cos = Py / P

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    Para coeficiente de atrito de deslizamento temos:

    N= P cos fc= P sen

    Para provar que o ceoficente de atrito cintico de deslizamento de um mvel

    em movimento retilneo e uniforme sobre um plano inclinado numericamente

    igual a tangente do ngulo de inclinao de rampa.

    fc= P sen P sen = c x P x cos

    c= P x sen / P x cos

    c= sen / cos c= tg fc= P sen fc= m x g x sen

    fc=m x 9,82 sen450,806 = m x 6,944m=0,1161Kg

    No podemos ter como referencias os coeficientes de atrito, pois para cada

    rea ou superfcie temos um coeficiente diferente.

    4.4 O COEFICIENTE DE ATRITO CINTICO DE DESLIZAMENTO PARA UM

    CORPO METLICO.

    Em um plano inclinado, formando um ngulo de 15, colocamos um corpo de

    prova metlico e determinamos o coeficiente de atrito cintico mdio de

    deslizamento c entre as superfcies do corpo de prova selecionado e a da

    rampa.

    C = tg C = tg 15 C =0,268

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    5.0 CONCLUSO

    As foras de atrito tm uma grande importncia em todos os processos que

    ocorrem na Natureza. Elas se originam, evidentemente, nas reas de contato

    entre dois corpos. Assim, uma caixa entra em repouso logo que paramos de

    arrast-la sobre o solo. As foras de atrito formadas nas reas de contato

    travam-na. Por outro lado, temos que empregar uma fora para mov-las do

    lugar, empurrando ou puxando. Quando duas "superfcies" de dois slidos so

    postas em contato, h de fato apenas uma pequena superfcie entre eles.

    Nessas pequenas regies os materiais ficam "soldados": os picos aderem uns

    aos outros em virtude das foras de coeso inter-moleculares. Mas quando os

    materiais so empurrados um em relao ao outro, esses inmeros "pontos de

    soldagem" entram em ruptura, dando lugar a outros medida que novos

    contatos vo sendo realizados.

    As superfcies no so perfeitamente lisas. H imperfeies invisveis, s

    perceptveis a nvel microscpico, o que se manifesta na dificuldade de

    movimento quando se entra em contato dois corpos quaisquer, da a oposio

    ao movimento. O coeficiente de atrito depende unicamente dos materiais que

    compem as superfcies em contato, pois se temos uma rea diferenteregistram os mesmos valores, para o coeficiente de atrito, independentemente

    da massa do corpo ou do tamanho da superfcie de contato. O coeficiente de

    atrito esttico sempre superior ao do coeficiente de atrito cintico para os

    mesmos materiais das mesmas superfcies em questo.

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    6.0 REFERNCIAS

    GREF volume 1 da editora Edusp.

    Fundamentos da Fsica volume 1, 8 edio, Halliday ,Resnick e Walker.

    Fsica Mecnica, Gaspar,Ed tica, 1 edio, So Paulo,2007.

    S, M Teresa Marques de, Fsica 12 ano, Texto Editora, Unidade 1, "Fora e

    Movimento", 1 edio, Lisboa 2001, pgs. 48 a 53

    http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/atrito/cotidiano/ (acessado no dia

    14/11/2011).