Fala, guerreiros! Vamos estudar a Estática, assunto muito importante da Física. Vamos, selva!
Já estudamos a primeira lei de Newton, que afirma que um corpo permanece em repouso ou movimento retilíneo uniforme caso a resultante das forças sobre o corpo seja nula. Vamos entender agora algumas situações de equilíbrio.
1. EQUILÍBRIO DE PONTO MATERIAL
Um ponto material não leva em consideração as dimensões do objeto.
1.1 Um lustre pendurado no teto
Considere um lustre pendurado no teto. As forças que atuam sobre o lustre são o seu peso e a normal.
O somatório vetorial das forças deve ser nulo para que o lustre permaneça em equilíbrio estático.
Na prática, quando apenas duas forças atuam sobre o corpo em uma mesma direção, os seus módulos são iguais. No exemplo do lustre, o módulo da força peso é igual ao módulo da força de tração.
1.2 Quadro pendurado (mesmo ângulo)
O quadro abaixo está pendurado por um barbante em um prego. O ângulo que cada parte do barbante faz com a horizontal é de 45 graus em ambos os lados. Isso facilita a resolução do problema.
A força de tração pode ser projetada nos eixos x (TX) e y (TY). Para simplificar a ilustração, consideramos o quadro como um ponto material.
Repare que existe uma diferença desta situação para o caso do lustre pendurado. Existiam apenas forças atuando sobre o lustre na direção vertical. No quadro, entretanto, existem componentes das forças nos eixos x e y. A resultante das forças deve ser nula em cada eixo para que o quadro permaneça em equilíbrio estável.
- Horizontal (eixo x): a resultante é nula, pois as componentes TX são iguais.
- Vertical (eixo y): o somatório das componentes TY é igual a 2TY, que é igual a força peso P do quadro.
Considere que o lustre tenha 10 kg de massa (Peso = 100 N) e cos 45º = sen 45º ≈ 0,7.
A tração T em cada parte do barbante vale:
2. TORQUE
O torque é uma grandeza física que mede o quanto uma força é efetiva para fazer um sistema rotacionar (girar). O torque depende de dois fatores: da força aplicada e da distância entre a força e o ponto de rotação.
Para calcular o torque de uma força, uma condição deve ser satisfeita: a força aplicada e a reta entre o ponto de aplicação da força e o ponto de rotação devem ser perpendiculares, caso contrário apenas a componente perpendicular ao braço de rotação será levada em conta.
3. TEOREMA DAS TRÊS FORÇAS
Primeiramente definimos a direção e sentido das forças mais simples sobre o corpo.
- Força peso: o nosso planeta puxa o corpo para baixo. Essa força atua no centro de massa da escada no sentido do centro da Terra.
- Força normal da parede vertical: a força normal é realizada por uma superfície e é sempre perpendicular a ela.
A ilustração abaixo mostra a direção e sentido dessas forças.
A escada só permanece em equilíbrio se o somatório das forças for nulo tanto na horizontal ou vertical. Por enquanto, só há uma força na vertical para baixo (falta pelo menos uma força na vertical para cima). Na horizontal, existe uma força para a direita, porém, falta uma força para a esquerda.
Repare que o chão exerce uma força sobre a ponta da escada. Mas, para onde é a direção e o sentido dessa força? É aqui que entra o teorema das três forças. Para descobrir a direção e o sentido da força do chão, prolongue as duas forças anteriores até se encontrarem.
A força que o chão faz sobre a escada (R) deve apontar na direção desse ponto.
4. EQUILÍBRIO DE CORPO EXTENSO
Para equilibrar um corpo extenso, duas condições precisam ser satisfeitas.
- Equilíbrio das forças: isso já foi estudado em outros momentos: o corpo permanece em repouso translacional se o somatório das forças sobre ele é nula.
- Equilíbrio dos torques: para que o corpo não rotacione, o somatório dos torques deve ser nulo em relação a um ponto.