Equílibrio e Torque

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.

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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?

exemplo de torque em uma porta
Figura 1: A imagem é um desenho onde há um homem empurrando uma porta próximo à dobradiça, enquanto um menino pequeno a empurra no sentido contrário, porém, aplica a força perto da maçaneta.

 

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.

braço de alavanca torque
Figura 2: braço de alavanca e distância do eixo

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.

garrafa de refri torque
Figura 3: Na imagem há um desenho de uma mão fazendo um movimento rotacional para abrir uma garrafa de refrigerante.

 

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:

fórmula do torque

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.

braço de alavanca torque

M = 100 . sen 90. 0,2

M = 100 . 1 . 0,2

M = 20 N.m

  • Medida do braço de alavanca 15 cm.

braço de alavanca torque

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 = 100raiz de 3 sobre 20,2

M = 10raiz de 3N.m

Agora ficou fácil de entender!

Videoaula
Agora resolva 10 exercícios sobre Torque e continue estudando:

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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.

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