Saiba tudo sobre a estática dos corpos extensos nesta revisão de Física para o Exame Nacional do Ensino Médio. Estude com o Curso Enem Gratuito!
Quando o assunto é equilíbrio, é quase certo que vem a sua mente equilibristas na corda banda, sambista equilibrando o pandeiro na ponta dos dedos, você quando criança tentando andar de bicicleta… Sem contar a Torre de Pisa que parece ter sido construída por um Físico muito doido.
Para introduzir nossa discussão vamos trazer à tona também, um brinquedo muito comum entre as crianças que é o João-bobo. Quem nunca teve um desses não é mesmo? Mas o que será que faz esse boneco não ficar deitado no chão de jeito nenhum? Bom, para responder a todas essas perguntas, precisamos ter em mente dois conceitos muito importantes em Física que são: centro de massa e torque ou momento de uma força.
O primeiro deles, o centro de massa, é um ponto onde podemos dizer que toda a massa de um objeto está concentrada. Nesse caso poderíamos reduzir o objeto a um único ponto material e analisar somente esse ponto, uma vez que o centro de massa tem características muito semelhantes ao ponto material.
Olhando para a imagem abaixo podemos perceber uma bola e um taco de baseball lançados obliquamente ao chão. A bolinha, por ter um formato simétrico, executa um movimento suave ao longo de sua trajetória. Já o bastão, por ter uma maior concentração de massa na região de contato com a bola, desenvolve um movimento não tão suave. Por outro lado se analisarmos com cuidado, veremos que existe um ponto no taco de baseball que executa um movimento suave ao longo de sua trajetória, esse ponto é onde se localiza o centro de massa.
Em objetos simétricos o centro de massa ocupa uma posição média de todas as massas que constituem o objeto, como a bola onde o seu centro de massa se localiza bem ao centro. No entanto o centro de massa do taco de baseball se desloca um pouco devido a diferença entre as massas das suas extremidades. Na figura você pode ver algumas formas geométricas e seu centro de massa.
Tá mas você deve estar se perguntando como isso poderia interferia da queda ou não da torre de Pisa e/ou no movimento do boneco João…? O fato é que o centro de massa quando estiver muito deslocado em relação à base de apoio de um objeto gera um torque, a força peso do objeto nesse caso atuando no centro de massa pode gerar esse torque. Que pode então ocasionar a rotação e queda do objeto ao chão, como você pode ver nas imagens a seguir.
O torque de uma força ou momento de uma força é uma grandeza física que provoca nos objetos uma rotação. O torque é caracterizado por uma força, aplicada a certa distância de um ponto de giro de um corpo, quanto maior for a força aplicada, maior será o torque.
Veja na imagem, o ponto de giro O, é onde está localizado o parafuso, já no ponto B é executada a força para girar a chave que destrava o parafuso. A distância onde se aplica a força é chamada de braço de alavanca (representado pela linha tracejada), quanto maior for o braço de alavanca maior será o torque.
Podemos representar o torque pela letra grega tau (τ) ou pela letra M, e definimos o torque como sendo:
O valor de seno utilizado na relação acima faz com que a força analisada seja tomada sempre na perpendicular em relação ao braço de alavanca (ângulo reto). Por isso é sempre interessante que ao aplicar uma força geradora de torque, ela seja feita sempre com um ângulo de 90° (noventa graus), ou estaremos fazendo força de forma desnecessária, que não contribui para o giro do objeto.
Tendo analisado o centro de massa e o conceito de torque de uma força, chegamos às condições de equilíbrio para um corpo extenso, para estabelecer o equilíbrio mecânico devemos ter uma resultante das forças que atuam sobre um corpo como sendo nula (possibilitando o repouso na translação) e também devemos ter a soma de todos os torques sobre o corpo, o torque resultante, como sendo nulo (possibilitando o repouso na rotação).
A partir da discussão feita concluímos como é possível que a famosa torre italiana fique de pé, uma vez que seu centro de massa não se desloca além da base, o torque resultante sobre ela é nulo, porém se por algum motivo essa condição for quebrada acabaremos tendo um torque resultante numa direção preferencial o que ocasionará a queda da torre.
Já para o nosso amigo “boneco João” vemos que quando na posição horizontal seu centro de massa está fora da base de apoio, a força peso gera um torque resultante suficiente para retornar o boneco para a posição vertical, como você pode acompanhar nas fotos.
Para um melhor entendimento, veja a aula do prof. Rossetto:
Agora faça 10 exercícios sobre estática dos corpos extensos:
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Pergunta 1 de 10
1. Pergunta
(UERJ/2018)
Uma luminária com peso de 76 N está suspensa por um aro e por dois fios ideais. No esquema, as retas AB e BC representam os fios, cada um medindo 3 m, e D corresponde ao ponto médio entre A e C.
Sendo BD = 1,2 m e A, C e D pontos situados na mesma horizontal, a tração no fio AB, em newtons, equivale a:
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Pergunta 2 de 10
2. Pergunta
(UNITAU SP/2018)
A figura mostra um sistema em equilíbrio estático, formado por uma haste, cuja massa é de 6 kg, sendo feita de material homogêneo, suspensa por uma articulação em O.
A barra permanece em equilíbrio devido à ação da força peso, da tensão aplicada pela corda presa à sua extremidade esquerda e do peso da massa M = 20 kg. A posição da massa M pode variar de O até a extremidade direita da barra. Essa variação da posição de M é compensada pela variação da tensão no cabo, de modo que a barra permaneça em equilíbrio estático e paralelamente à superfície horizontal. Despreze todos os possíveis atritos do sistema, considere a aceleração local da gravidade g = 10 m/s2. A distância da extremidade esquerda da barra ao ponto articulado é de 20% do comprimento da barra. Devido à variação na posição da massa M, o módulo da força exercida pelo cabo varia de
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Pergunta 3 de 10
3. Pergunta
(Mackenzie SP/2018)
A escada rígida da figura acima de massa 20,0 kg, distribuída uniformemente ao longo de seu comprimento, está apoiada numa parede e no chão, lisos, e está impedida de deslizar por um cabo de aço AC. Uma pessoa de massa 80,0 kg se posiciona no ponto D, conforme indicado na figura. Considerando que a aceleração da gravidade local é de 10,0 m/s2, pode-se afirmar que a força de tração no cabo AC, nessas condições, será de
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Pergunta 4 de 10
4. Pergunta
(UNIOESTE PR/2018)
Um semáforo, em equilíbrio estático, está instalado em uma via urbana, e é sustentado por uma haste horizontal fixa em um poste vertical e por um cabo com inclinação de 30º conforme a figura abaixo. Em relação à distribuição e intensidade das forças que atuam no ponto X, é CORRETO afirmar:
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Pergunta 5 de 10
5. Pergunta
(UERJ/2017)
Um sistema é constituído por seis moedas idênticas fixadas sobre uma régua de massa desprezível que está apoiada na superfície horizontal de uma mesa, conforme ilustrado abaixo. Observe que, na régua, estão marcados pontos equidistantes, numerados de 0 a 6.
Ao se deslocar a régua da esquerda para a direita, o sistema permanecerá em equilíbrio na horizontal até que determinado ponto da régua atinja a extremidade da mesa.De acordo com a ilustração, esse ponto está representado pelo seguinte número:
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Pergunta 6 de 10
6. Pergunta
(Uni-FaceF SP/2017)
A figura mostra duas pessoas sentadas nas extremidades A e B de uma gangorra.
Sabe-se que a massa da pessoa em A é 70 kg e que a massa da pessoa em B é 30 kg. Supondo que a gangorra seja homogênea, para manter seu equilíbrio na direção horizontal é preciso que sua massa seja igual a
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Pergunta 7 de 10
7. Pergunta
(UNICAMP SP/2017)
Hoje é comum encontrarmos equipamentos de exercício físico em muitas praças públicas do Brasil. Esses equipamentos são voltados para pessoas de todas as idades, mas, em particular, para pessoas da terceira idade. São equipamentos exclusivamente mecânicos, sem uso de partes elétricas, em que o esforço consiste usualmente em levantar o próprio peso do praticante. Considere o esquema abaixo, em que uma pessoa de massa m = 65 kg está parada e com a perna esticada em um equipamento tipicamente encontrado nessas praças. O módulo da força F exercida pela perna da pessoa em razão de sua massa m é
(Se necessário, utilize g = 10 m/s².)CorretoParabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
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Pergunta 8 de 10
8. Pergunta
(ACAFE SC/2017)
Para cortar galhos de árvores um jardineiro usa uma tesoura de podar, como mostra a figura 1. Porém, alguns galhos ficam na copa das árvores e como ele não queria subir nas mesmas, resolveu improvisar, acoplando à tesoura cabos maiores, conforme figura 2.
Assim, assinale a alternativa correta que completa as lacunas da frase a seguir.
Utilizando a tesoura da ______ o rapaz teria que fazer uma força ______ a força aplicada na tesoura da ____ para produzir o mesmo torque.CorretoParabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
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Pergunta 9 de 10
9. Pergunta
(IFBA/2017)
Um malabarista mantém cinco pratos de massas ‘m’ iguais, em equilíbrio, conforme figura.
A massa das hastes é desprezível e a gravidade local vale 10,0 m/s². A haste horizontal possui comprimento de 5,0 m. Para que seja possível manter o sistema em equilíbrio, a distância ‘x’, em metros, no qual o malabarista deve sustentar a haste, vale:
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Pergunta 10 de 10
10. Pergunta
(UEA AM/2017)
Um recipiente de 4 m de altura, totalmente cheio de um líquido homogêneo e incompressível, é parcialmente esvaziado, de modo que somente a metade de seu volume fique preenchido pelo líquido, como mostram as figuras.
Nas duas situações descritas, o deslocamento vertical do centro de massa do líquido foi igual a
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Sobre o(a) autor(a):
Os textos e exemplos acima foram preparados pelo professor Marcelo Alves para o Blog do Enem. Marcelo cursou licenciatura em física pela Universidade Federal de Santa Catarina. Leciona Física em escolas da Grande Florianópolis desde 2015. Facebook: https://www.facebook.com/luizlma