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Balança



Física das Balanças

As balanças tiveram origem na antiga civilização egípicia, em torno de 5000 a.C. Este aparelho é destinado a determinar a massa dos corpos ou como se diz em linguagem comum, para "pesa-los".

Balanças existem dos mais diversos tipos, cada uma com uma certa sensibilidade, capaz de assimilar pequenas variações de massa.

Algumas características das balanças é importante esclarecer:

Sensibilidade – uma das mais importantes características, diz-se que uma balança é sensível ao miligrama quando, por exemplo, a massa de um miligrama em um dos pratos consegue provocar o desequilíbrio, inclinando para o lado.

Fidelidade – é ter o mesmo resultado sempre que medir a mesma massa, temos que observar que o resultado da pesagem não seja influenciado pela posição do corpo no prato da balança.

Justeza – existe sempre equilíbrio quando se colocam massas iguais nos dois pratos, quando temos braços iguais.

Para que uma balança seja usada em comércio ou em farmácia, se faz necessário satisfazer exigências legais do INMETRO, órgão responsável pela aferição dos aparelhos.

Conforme o princípio de funcionamento, as balanças podem ser classificadas em: Gravimétricas quando comparam a carga com padrões de massa aferidos (pesos), e Dinamométricas quando o peso da carga é equilibrado pela força elástica de molas metálicas ou sistema equivalente.

Esta última estão sujeita aos defeitos conhecidos como histereses elásticas e com o uso perdem rapidamente as características iniciais, logo seu uso para o comércio é condenado.

Para pesagens de precisão alguns fatores influenciam, como: Temperatura, a posição da carga sobre o prato, o desnivelamento da balança e outros.

BALANÇA DE BRAÇOS IGUAIS:

Balanças constituídas de duas bandejas apoiadas em uma barra, que se equilibra sobre a base da balança através de uma articulação (ponto de apoio).

Balança

Quando colocamos qualquer objeto em uma das bandejas, esta gira e se desloca para baixo.

Para que a balança volte a se equilibrar mantendo os pratos na horizontal, é necessário colocar na outra bandeja, objetos de massas padronizadas, de forma que a força gravitacional resultantes sobre os padrões seja igual à força gravitacional que atua sobre o objeto, compensando assim seus respectivos torques.

A condição de equilíbrio exige que a resultante das forças sobre a parte móvel da balança seja zero.

Balança

Com a balança equilibrada temos: duas forças de 1 para baixo que somando eqüivale a 2 e de acordo com o princípio da ação e reação, se a parte móvel empurra o apoio, este fará uma força de mesmo módulo, mesma direção e sentido oposto de 2 para cima.

Assim a resultante das três forças é nula, o que satisfaz uma das condições necessárias para haver equilíbrio. A Segunda condição diz respeito à resultante dos torques sobre a parte móvel da balança e que também deve ser nula.

Vamos ver a resultante dos torques: para a massa m1, a força gravitacional que atua sobre a bandeja esquerda produz, em relação ao ponto de apoio, um torque de sentido perpendicular ao plano (ou seja saindo da tela do monitor), provocando o giro da parte móvel no sentido anti-horário.

Balança

Analogamente, a força que atua sobre a bandeja direita produz, em relação ao mesmo ponto de apoio, um torque de sentido contrário ao anterior, entretanto no plano da tela e provocando o giro da parte móvel no sentido horário.

Balança

Quando a balança se encontra equilibrada na horizontal com massas iguais nos dois pratos, a resultante, desses dois torques é nula, já que têm módulos iguais ( o braço das forças é o mesmo), mesma direção e sentido opostos.

O torque correspondente à força de reação no ponto de apoio também é nulo, pois esta força está aplicada diretamente sobre o ponto de articulação e portanto seu braço é nulo.

Dessa forma, quando há equilíbrio de forças e torque, a balança de braços iguais permite comparar massas, comparando forças gravitacionais.

Agora se você estiver numa lanchonete ou mesmo em casa quiser saber a massa de uma pena pequena, é fácil construir uma balança de canudo, vamos lá.

BALANÇAS DE CANUDOS

Objetivo: através da balança feita com canudos, compreenderemos melhor o princípio de funcionamento de uma balança.

Materiais: 3 canudos e 2 alfinetes.

Esquema de montagem: Ao usarmos os canudos para fazer a balança com braços iguais, estamos garantindo que a distribuição da massa, ao longo do canudo, é homogênea, o que nos garantirá a integridade da balança.

O canudo na horizontal, servirá como braço de sustentação do peso e ele tem de ter a mesma distância d (conforme ilustra figura abaixo), em relação ao encaixe.

Balança

O outro canudo que também está na horizontal, servirá para a fixação dos alfinetes, que nos dará o ponto de apoio.

O canudo na vertical é a haste onde poderá ser usado como alinhamento da balança.

Os encaixes são feitos também de canudos dobrados.

Montado a balança como o ilustrado ao lado, passa-se à fase de teste onde ser verificará o alinhamento da balança, para tanto arranja-se um suporte onde dê para sustentar a ponta dos dois alfinetes (é necessário que os alfinetes estejam com a mesma altura, quando posto no suporte).

Feito isso, caso a balança esteja desalinhada, coloca-se um contra-peso, no braço que estiver mais alto e ajustando-o a balança ficará alinhada.

Podemos estudar agora a função do canudo que esta posto na vertical. Para que tenhamos realmente uma balança, é necessário que o centro de massa do conjunto balança esteja abaixo do ponto de apoio, caso esteja acima do ponto de apoio, não teremos mais uma balança e sim uma gangorra, pois para qualquer lado que ele esteja se conservará.

Podemos ver também que quanto mais abaixo do ponto de suspensão, maior será a sensibilidade da balança para medir massa. Isso pode ser visualizado colocando um pequeno recorte de papel em um dos lados da balança e mudando a posição do centro de massa.

Balança

Desafio: Como funcionará a balança quando o centro de massa estiver na mesma linha do ponto de apoio?

BALANÇA DE ROBERVAL

Uma balança muito interessante é a balança de Roberval, consegue perceber algo diferente nela?!

Balança

Esta balança foi projetada para que os pratos jamais se inclinem ao se mover, para cima ou para baixo. Assim qual for o material usado para descobrir a sua massa, seja uma certa quantidade de farinha por exemplo, que não cairá do prato.

Pode-se colocar o objeto em qualquer posição nos pratos que não será afetada a fidelidade da medida. Esse efeito é produzido por duas alavancas paralelas, ligadas por barras conectoras, desse modo a força estará sempre projetada no mesmo ponto da barra conectora.

Você mesmo pode construir sua própria balança de Roberval com palitos de picolé, alfinete e um pequeno pedaço de madeira.

MATERIAL

4 Palitos de picolé;

6 alfinetes;

um pedaço de madeira medindo 30cm de altura X 2 cm de largura;

2 palitos roliços;

1 Furador de palitos;

1 pedestal para a fixação da madeira.

Monte conforme a figura.

Balança

Para furar o local onde irá ser posto o alfinete, aconselhamos que o furo seja feito um pouco acima do meio do palito.

Porque os alfinetes tem que está pouco acima do meio do palito de picolé?

BALANÇA ROMANA

Balança

Trataremos nesta seção da Balança Romana, que nada mais é do que uma balança de braços desiguais.

Pelo fato de termos braços desiguais implica em um fator para pesagem, esse fator poderá ser de 2, 3 ou quanto você queira, desde que seja respeitada a mesma distância do ponto de apoio até o objeto a ser medido a massa.

Para a fase de construção teremos que dispor dos seguintes materiais:

Uma ripa de madeira medindo 30 cm;

Uma ripa de madeira medindo 6 cm;

Uma ripa de madeira medindo 3 cm;

Um palito grande (palito de pirulito);

Dois parafusos com porcas;

Arame

Papel milimetrado e ;

Dois alfinetes.

Baseado no nosso desenho, um lado da balança terá 10 cm de comprimento, até o ponto de apoio, o outro lado terá 20 cm, assim a nossa balança poderá medir massa de até o dobro da massa conhecida, entretanto pode-se variar o comprimento dos lados da balança, como queira;

Assim um lado pode ser três ou quatro vezes maior que o outro e poderemos medir massas três ou quatro vezes da massa conhecida.

CUIDADO: ao construir a balança, certifique-se de que terá uma ótima geometria, caso contrário sua balança não será de boa qualidade.

Ao montar a balança conforme desenho abaixo, verá que os parafusos servirão para um ajuste mais afinado.

O fiel será dotado de um lastro móvel (algumas voltas de fio sobre o palito) o que permitirá ajustar a sensibilidade, lembrando que a posição do fiel dever ser perpendicular ao travessão.

CURIOSIDADES

As balanças que fazem comparações entre massas através de pratos, usam padrões de massa aprovados de acordo com desenho e tabelas e devem ser confeccionados com metais ou ligas metálicas aprovadas.

Em alguns casos esses padrões de massa devem ser manuseado com pinças para evitar danifica-los.

As formas desses padrões são cilíndricas de base circular ou tronco-cônica e o seu valor nominal deve estar gravado na face superior e ainda possuir botão ou alça de manipulação.

Os valores nominais são: 50, 20, 10, 5, 2, 1 Quilo; 500, 200, 100, 50, 20, 10, 5, 2 e um grama; 500, 200, 100, 50, 20, 10, 5, 2 e um miligrama; 1 Quilate (200mg) e seus múltiplos e submúltiplos.

Para pesagem acima de 50 Kg, exige-se emprego de Balanças Especiais, como as adotadas para veículos, animais, etc.

Tipos

Existem vários tipos e modelos de balanças para as mais diversas necessidades. Entre as quais destacamos as de precisão, as analíticas, as comerciais, semi-automáticas e automáticas. Nesta pág temos, logo abaixo, as que foram trabalhadas para fins didáticos.

Balança

fig 1- Balança de Roberval

Balança

fig 2 - Balança de canudos

Balança

fig 3 - Balança romana

Etimologia

Balança

As palavras balança, balanza, bilancia e balance são evolução do latin vulgar “bilancia”, que é presuposto por todas as líguas românicas. Esse termo é do latin bilanx (composto de bi - duas vezes-, e lanx -– pires).

Definiçoes

Balança

Balanças

As balanças são equipamentos desenvolvidos pelo homem desde as antigas civilizações egípcias, por volta de 5.000 a. C. , com a finalidade de medir o peso ou a massa dos corpos.

Precisão

Diz-se que uma balança é precisa quando essa consegue nos fornecer com rigorosa exatidão o valor do peso ou da massa que estão sendo medidos.

Fidelidade

É a qualidade que toda balança deve ter, para que a medida não se altere quando leva-se em consideração a posição do corpo no prato.

Justeza

Toda balança após a medição deverá voltar à posição inicial, não havendo modificação em seu estado de equilíbrio, o que caracteriza o que chamamos de justeza.

Estabilidade

Consiste no equilíbrio do travessão sempre na horizontal quando a balança não estiver com massas em seus pratos. Para tal qualidade é necessário que o ponto de suspensão esteja acima do centro de gravidade do sistema móvel.

Sensibilidade

É a qualidade que a balança tem de acusar pequenas diferenças de massa.

A sensibilidade de uma balança está intimamente ligada aos seguintes detalhes:

O quociente do peso P da parte móvel pelo comprimento L do travessão deve ser pequeno;

Adistância entre o ponto de suspensão e o centro de gravidade deve ser pequeníssima.

Fonte: www.servlab.fis.unb.br

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