Centro de Massa e Alavancas

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O que significa centro de massa de um corpo? O que é uma alavanca? Qual a base do Equílibrio em alavancas? Existem alavancas no corpo humano?

Vem com a gente entender um pouco mais sobre centro de massa ou centro de gravidade de um corpo. Entenda como funciona uma alavanca e como elas estão presentes no corpo humano. E o mais importante, saber diferenciar força potente, força resistente e força de apoio. Revise Física para o Enem!

Quando aplicamos força em um ponto material, podemos provocar nele um torque ou até mesmo uma rotação. Porém se a força aplicada for no ponto onde reside o centro de massa, esta não gerará torque algum.

Centro de massa

O centro de massa consiste em um ponto no qual se considera que está concentrada toda a massa do corpo.

Quando a natureza na força resultante for gravitacional, o centro de massa também passa a ser chamado de centro de gravidade.

Veja abaixo duas características de centro de massa de um corpo com distribuição homogênea:

  • O centro de massa de um corpo representa o ponto geométrico no qual toda a sua massa estaria concentrada, de modo que a força resultante aplicada ali gerasse o mesmo efeito dinâmico da força resultante aplicada ao corpo todo;
  • A localização do centro de massa depende da geometria do corpo. Ele não precisa necessariamente estar dentro do corpo. Em um anel ou um disco por exemplo, o centro de massa está no centro.

Para você entender melhor, separei alguns exemplos de imagens abaixo.

centro de massa pregosexemplo de centro de massa copoexemplo de centro de massa

Você pode entender um pouco mais sobre o conceito de centro de massa assistindo o vídeo:
Uso das alavancas

Arquimedes uma vez disse: “Me dê uma alavanca e um ponto de apoio e eu moverei o mundo.”

As alavancas são máquinas simples utilizados para tornar possível ou facilitar a realização de certas atividades. Elas desempenham papel importante na história da humanidade.

O Princípio básico das alavancas está presente tanto em grandes obras arquitetônicas, quanto em utensílios do cotidiano como abridores de garrafa, tesouras, pinças e freio de bicicletas.

Existem diversos tipos de Alavanca. Em geral a diferença entre elas depende do ponto em que as forças são aplicadas em relação ao ponto de apoio.

A figura abaixo apresenta um homem que utiliza uma alavanca para levantar uma pedra. Abaixo também estão esquematizadas as forças presentes nessa situação.

exemplo de alavanca e centro de massa

A força aplicada pelo homem chama-se força potente . A força que a pedra exerce na alavanca, e que dificulta o movimento é chamada força resistente .

Para que a alavanca funcione, é necessário também ponto de apoio (A).

Existem três tipos de alavancas: Interfixas, interpotentes e inter-resistentes. Para entender, você deve observar o que está no meio delas e ficar atento (a) ao sentido das forças potentes e resistentes marcada em cada uma.

três tipos de alavancas

Como você pode ver, as alavancas são usadas para mover objetos que estejam apoiados em algum ponto ao longo do instrumento. São constituídas de pelo menos uma barra e um ponto fixo de apoio. Seu desenvolvimento baseia-se no conceito de torque, ou seja, uma força aplicada em um ponto que faz o objeto girar.

O movimento realizado por uma alavanca será sempre de rotação em torno de um eixo pois é aplicado em um ponto de apoio, ainda que a rotação não seja completa.

Dependendo da posição onde as forças são aplicadas, as alavancas podem não somente facilitar o trabalho, mas podem também reduzir o esforço ou aumentar o efeito da aplicação de uma força.

Atenção: Se aplicarmos uma força exatamente no ponto de apoio, essa força não resultará em nenhum ganho.

Alavancas no corpo humano

Ao observar o movimento do corpo humano e seu equilíbrio, é possível identificar e entender o funcionamento de diversas estruturas que exercem a função de alavancas, como as articulações, joelhos, cotovelos, etc.

Em conjunto com a musculatura, as articulações funcionam como ponto de apoio na aplicação de forças potentes e resistentes.

Vejamos alguns exemplos:

alavancas e centro de massa no corpo humano
Mão segurando uma bola de chumbo

 

Força potente : Força aplicada pelo bíceps.

Força resistente : Força aplicada sobre a mão.

Ponto de apoio (A): Cotovelo

mão puxando um cabo
Mão puxando um cabo para baixo

Força potente : Força aplicada pelo tríceps.

Força resistente : Força aplicada sobre a mão.

Ponto de apoio (A): Cotovelo

movimento da mandíbula
Movimentos da mandíbula

Força potente : Força exercida pelo músculo que se liga ao maxilar.

Força resistente : Força exercida pelos alimentos ao serem mastigados.

Ponto de apoio (A): Ponto em que a mandíbula se encaixa no crânio.

Agora que já revisamos os conceitos básicos sobre o centro de massa e as alavancas, vamos ver dois exercícios para ajudar a fixar melhor esses conceitos:

1) Um rapaz de 900N e uma garota de 450N estão em uma gangorra. Qual das situações abaixo representa uma situação de equilíbrio? Justifique

centro de massa exercício

Acertou se escolheu a alternativa b). Como o peso da garota é exatamente a metade do rapaz, usando o conceito de torque, para compensar seu braço de alavanca tem que ser o dobro do comprimento dele.

Matematicamente escrevemos:

Dessa forma a igualdade será válida!

2) Para levantar 500Kg, emprega-se uma alavanca de 1,50m. O ponto de aplicação em e o ponto de apoio estão distantes em 0,30m. Qual a força que se deve aplicar na extremidade da alavanca para erguer a pedra? (Vide esquema abaixo)

exercício de alavanca

Resolução: Para saber qual a força necessária para erguer a pedra, basta igualar o torque gerado por ela com o torque que você quer realiza na alavanca. Assim, você descobrirá qual a força necessária para isso.

Calculando o peso da pedra:

P = m.g

P = 500.10

P = 5000N

Igualando os torques:

F . 1,2 = 5000 . 0,3

F = 1250 N

Portanto, para levantar a pedra seria necessário aplicar uma força de 1250N.

Você pode entender mais sobre o conceito de alavancas e centro de massa abaixo:
Agora resolva 10 exercícios sobre centro de massa e continue estudando:

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