Qual a relação entre equilíbrio e força? O que é torque? O que vem a ser braço de alavanca?
Nessa aula você vai revisar o conceito de equilíbrio estático e equilíbrio dinâmico. Também vai entender o que é torque ou momento. E verá ainda que ao aplicar uma força, a direção é tudo!
Você já sabe que quando a resultante de forças aplicada em um corpo não é nula, este corpo adquire movimento ou altera seu movimento.
O equilíbrio estático refere-se à ausência total de movimento, ou seja, está parado. Enquanto o equilíbrio dinâmico se refere ao momento em que o corpo está em movimento retilíneo uniforme.
Em muitos exercícios que aparecem nos vestibulares, os corpos envolvidos não apresentam dimensão. São pontos materiais. Por exemplo, quando você estudou cinemática, você calculava a velocidade de um carro que percorria vários quilômetros em determinado tempo e fazia isso sem usar a massa do carro, não é?!
Então, agora nosso foco aqui é trabalhar com corpos extensos e rígidos, pois necessitam de dimensão. E quando falamos de dimensão, queremos dizer medidas, como a massa.
Torque
Para entendermos o torque, vamos utilizar um exemplo bem comum em seu dia a dia: o ato de empurrar uma porta. Se você analisar e empurrar a porta em diferentes pontos (perto da maçaneta, no meio e perto das dobradiças), perceberá que a força produz diferentes efeitos dependendo do local onde ela seja aplicada.
Para abrir e fechar a porta, a força aplicada é perpendicular ao movimento e seus efeitos dependem do lugar em que ela é aplicada.
Agora, vamos ver se você entendeu. O que você percebe na figura abaixo? O que você acha que acontecerá?
Se você pensou que a porta não se move, acertou! Mas como isso é possível se o homem é muito mais forte que o garoto? Como falei anteriormente, tudo se resume no local em que a força é aplicada.
Quanto mais afastada do eixo de rotação da porta for o ponto de aplicação da força, mais fácil será a movimentação da porta. Isso explica também o porquê de as maçanetas das portas serem instaladas tão distantes das dobradiças!
Sendo assim, lembre-se que para analisarmos qualquer movimento rotacional, não é suficiente saber somente o valor da força. É necessário conhecer a distância do eixo de rotação até o ponto em que a força é aplicada. É essa distância que chamamos de braço de alavanca.
A rotação em si, depende de três coisas: intensidade da força aplicada, do tamanho do braço de alavanca e do ângulo entre as direções da força e do braço de alavanca. Vamos ver um exemplo para você entender.
A figura abaixo mostra uma força aplicada para provocar a rotação de uma barra em torno do ponto O do eixo de rotação. E essa força está aplicada em um ponto que se encontra à distância b do eixo de rotação.
A combinação da força com seu braço de ação resulta no conceito de torque, também conhecido como momento de uma força. Outro exemplo de torque é o movimento que se faz com as mãos para abrir uma garrafa de refrigerante girando a tampinha.
Agora você já sabe que é torque e momento de uma força! A intensidade do torque (identificado por M) é calculada pelo produto do módulo da força multiplicado pelo seno do ângulo entre e b e pelo braço de alavanca ou seja:
No sistema internacional, a unidade de torque é N.m
Em nossa figura, o ângulo entre e b é 90o, cujo seno vale 1, dessa forma concluímos que para termos o torque máximo, o ângulo entre a direção da força aplicada e o braço de alavanca deve ser 90o. Entendeu?
Vejamos alguns exemplos onde a força aplicada é 100N.
- Medida do braço de alavanca é 20 cm.
M = 100 . sen 90o . 0,2
M = 100 . 1 . 0,2
M = 20 N.m
- Medida do braço de alavanca 15 cm.
M = 100 . sen 90o . 0,15
M = 100 . 1 . 0,15
M = 15 N.m
- Ângulo da direção da força é 60o
M = 100 . sen 60o . 0,2
M = 1000,2
M = 10N.m
Agora ficou fácil de entender!
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Pergunta 1 de 10
1. Pergunta
(UNIFOR CE/2015)
Marcos Levi vai dirigindo seu veículo por uma estrada, quando de repente um dos pneus fura ao passar por um prego que se encontrava em seu caminho, obrigando-o a parar e trocar o pneu. Com a chave de rodas em formato de L, ele não conseguiu soltar os parafusos da roda do carro. Levi, lembrando-se das aulas de Física, consegue liberar os parafusos, aumentando o braço da chave com um cano de ferro que conduzia no porta malas. Observe o esquema da chave L antes e depois da utilização do cano de ferro.
A grandeza física que aumentou com o uso do cano de ferro foi:
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Pergunta 2 de 10
2. Pergunta
(UECE/2015)
Uma torre construída com um cano cilíndrico de 12 m é instalada verticalmente com o apoio de três cabos de aço, sendo cada um deles conectado ao solo e ao topo da torre. Os pontos de fixação ao solo são todos distantes 2 m da base da torre e equidistantes entre si. Assuma que os cabos são igualmente tensionados e inextensíveis, e que o sistema formado pela torre e suas estaias (cabos) está completamente estático. Com base nos vetores força atuando na torre, pode-se afirmar corretamente que
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Pergunta 3 de 10
3. Pergunta
(UDESC/2015)
Ao se fechar uma porta, aplica-se uma força na maçaneta para ela rotacionar em torno de um eixo fixo onde estão as dobradiças.
Com relação ao movimento dessa porta, analise as proposições.I. Quanto maior a distância perpendicular entre a maçaneta e as dobradiças, menos efetivo é o torque da força.
II. A unidade do torque da força no Sl é o N m, podendo também ser medida em Joule (J).
III. O torque da força depende da distância perpendicular entre a maçaneta e as dobradiças.
IV. Qualquer que seja a direção da força, o seu torque será não nulo, consequentemente a porta rotacionará sempre.Assinale a alternativa correta.
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Pergunta 4 de 10
4. Pergunta
(UECE/2014)
Em um parque de diversões, uma roda gigante gira com velocidade angular constante. De modo simplificado, pode-se descrever o brinquedo como um disco vertical e as pessoas como massas puntiformes presas na sua borda. A força peso exerce sobre uma pessoa um torque em relação ao ponto central do eixo da roda gigante. Sobre esse torque, é correto afirmar-se que
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Pergunta 5 de 10
5. Pergunta
(UNCISAL AL/2018)
O braço humano pode ser comparado a uma alavanca ao segurar um bloco com o cotovelo apoiado sobre uma superfície horizontal, como indicado pelas figuras esquemáticas a seguir. Considere “P” o módulo do peso do bloco que a mão está segurando; “C” o módulo da força de contato que o bloco exerce sobre a mão; “Po” o módulo do peso do braço; “F” o módulo da força muscular necessária para erguer o objeto até a posição em que o braço forma um ângulo com a horizontal; “L” a distância entre o ponto de aplicação da força de contato e o ponto de apoio “O” do cotovelo sobre a superfície; e a distância entre o ponto de aplicação da força muscular e o ponto de apoio “O” do cotovelo sobre a superfície.
(Adaptado de KING, A.R. & REGEV, O. Physics with answers.
Cambridge: Cambridge University Press, 1997.)
Disponível em: <http://www.aprendendofisica.com/2013/09/material-de-apoio-equilibrio-e-torque.html>.
Acesso em: 03 nov. 2017.Com base nas informações apresentadas, assinale a alternativa correta.
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Pergunta 6 de 10
6. Pergunta
(UNIFOR CE/2018)
No aparato experimental abaixo, duas massas, m1 e m2, estão conectadas por uma corda de massa desprezível, que passa por uma roldana também de massa desprezível. A massa m1 se movimenta em uma superfície sem atrito. Os valores das duas massas podem ser medidos, bem como a distância d e a velocidade da massa m1 quando passa nas posições x1 e x2.
O experimento pode ser usado para fazer quais dos seguintes procedimentos?
I. Demonstrar a conservação do momento.
II. Demonstrar a conservação da energia.
III. Medir o valor da aceleração da gravidade.É correto apenas o que se afirma em
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Pergunta 7 de 10
7. Pergunta
(UECE/2017)
Considere uma esfera muito pequena, de massa 1 kg, deslocando-se a uma velocidade de 2 m/s, sem girar, durante 3 s. Nesse intervalo de tempo, o momento linear dessa partícula é
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Pergunta 8 de 10
8. Pergunta
(UECE/2014)
Considere uma esfera de raio R sobre um plano inclinado próximo à superfície da Terra. A esfera está inicialmente parada e na iminência de iniciar uma descida sem deslizamento de sua superfície em relação ao plano. Isto ocorre pelo efeito da força de atrito, cujo módulo é F Sobre a esfera também atuam a força peso e a normal, cujos módulos são P e N, respectivamente. Os módulos dos torques das forças de atrito, peso e normal em relação ao eixo de rotação da esfera são respectivamente
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Pergunta 9 de 10
9. Pergunta
(PUC RJ/2013)
Um pêndulo é formado por uma bola de 4,0 kg e um fio ideal de 0,2 m de comprimento. No ponto mais alto de sua trajetória, o cabo que sustenta o pêndulo forma um ângulo de 30º com a vertical.
Indique o módulo do torque realizado pelo peso da bola em Nm neste ponto.
Considere g = 10,0 m/s²CorretoParabéns, resposta correta! Siga com o simulado.
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Pergunta 10 de 10
10. Pergunta
(UEG GO/2012)
Um estudante de Biologia bebe seu refrigerante na cantina do colégio e, com base em seus conhecimentos de Física, observa que, quando leva o líquido à boca, o seu braço realiza um movimento circular, cujo raio é o próprio antebraço, que mede 25,0 cm. Supondo que a massa do copo juntamente com a massa do líquido sejam de aproximadamente 300 g, desprezando-se o peso do antebraço e aplicando-se uma força F, responsável por uma aceleração de 70,0 m/s², para colocar o copo em movimento, o estudante conclui que o torque realizado pelo copo com refrigerante é igual a:
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Sobre o(a) autor(a):
Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.