1 ano Medio Estatica e Torque

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Ciências da Natureza e suas tecnologias - FÍSICA
Ensino Médio, 1ª Série
ESTÁTICA E TORQUE
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FÍSICA, 1ª Série do Ensino Médio
Estática e Torque
Corpo extenso
Corpo extenso: qualquer objeto que pode girar em torno de seu eixo. (portas, volantes, régua, etc)
Translação e Rotação 
Movimento de translação:
Todos os pontos do corpo efetuam trajetórias iguais (paralelas!).
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Translação e Rotação 
Movimento de rotação:
Vários pontos do corpo efetuam trajetórias diferentes quando o corpo roda em torno de um ponto ou eixo.
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Estática e Torque
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Translação e Rotação 
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Estática e Torque
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Efeito de rotação das forças
Os puxadores são colocados perpendicularmente às portas. Porquê?
Os puxadores estão o mais afastados possível das dobradiças. Porquê?
Na porta do frigorífico, os itens mais pesados devem ficar mais perto da dobradiça. Porquê?
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Estática e Torque
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Efeito de rotação das forças
Exemplos de movimentos de rotação:
Sempre que num corpo há um ponto ou eixo fixo a aplicação de uma força pode fazer rodar o corpo em torno desse ponto ou eixo.
Uma medida do efeito rotativo ou de rotação de uma força é dada por uma grandeza física a que se chama momento da força ou torque.
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Estática e Torque
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Efeito de rotação das forças
Momento ou Torque da força: Grandeza física que pode causar uma rotação num corpo, alterar a sua rotação ou evitar que ela ocorra.
O valor do momento de uma força, MF, calcula-se através do produto da intensidade da força, F, pela distância, d, medida na perpendicular, entre a linha de ação da força e o eixo de rotação. Esta distância chama-se braço da força.
MF =  F · d . Senθ
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fixo ou giro
Força _________________ao braço da alavanca produz momento máximo.
Força ____________ao braço da alavanca não produz momento.
Força aplicada no ______________não produz momento.
F1
F2
F3
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Efeito de rotação das forças
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Efeito de rotação das forças
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Estática e Torque
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Uma força de pequena intensidade pode ter o mesmo efeito rotativo que uma força mais intensa, desde que seja aplicada a uma distância maior do eixo de rotação.
Os puxadores estão o mais afastados possível das dobradiças. Porquê?
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Os puxadores são colocados perpendicularmente às portas. Porquê?
d(A) > d(B)
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Qual das forças produz maior efeito de rotação?
F1
F2
F3
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Torquímetros
Torquímetros são aparelhos usados para apertar parafusos que requerem um torque exato. Os dentistas usam um aparelho semelhante, porém menor, para aparafusar a base de um implante dentário.
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Momento de uma força (torque)
Unidade SI: N.m
Pode-se usar também: N.cm ou Kgf.m
Lembrando: 1kgf = 9,8 N
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O somatório dos momentos de uma força
Suponha F1=100N, F2=20N e F3=50N. Em que sentido vai girar a barra? 
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Estática e Torque
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Estática, o que é?
É a parte da MECÂNICA que estuda o EQUILÍBRIO das partículas e dos sólidos. O estudo da ESTÁTICA inicia-se pelo conceito de FORÇA.
FORÇA é todo agente capaz de provocar uma variação de velocidade ou uma deformação de em um corpo, sendo uma grandeza vetorial(Caracteres: Módulo; Direção e Sentido).
Podemos medir a intensidade de uma FORÇA por um aparelho denominado DINAMÔMETRO.
No S.I. a unidade de FORÇA =N (Newton)
FORÇA RESULTANTE ( R ou Fr): É a força que produz o mesmo efeito que todas as forças aplicadas em um corpo.
Quando Fr = 0 (Nula) ou não existirem forças o ponto material é dito ISOLADO.
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Classificação das FORÇAS
FORÇAS DE AÇÃO A DISTÂNCIA
São aquelas que atuam sobre os corpos mesmo quando não existe o contato entre eles.
As forças de ação à distância atuam numa região do espaço denominada de CAMPO.
EXEMPLOS
a) Força Gravitacional (Peso) força exercida pela Terra sobre um corpo de massa m em proximidades.
 Características:
Módulo: P = m.g
Direção: Vertical
Sentido: Para baixo
b)Força Elétrica:(Prótons / elétrons)
c) Força Magnética (Imãs)
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Classificação das FORÇAS
FORÇAS DE CONTATO
Como o próprio nome é bastante sugestivo, são forças que um corpo exerce sobre o outro no contato entre eles.
Como atuam as forças de contacto quando as superfícies são lisas (perfeitamente polidas)?
As forças de contato serão normais às superfícies.
Como atuam as forças de contato exercidas por corpos flexíveis, como por exemplo fios e cordas?
As forças serão sempre na direção do fio ou da corda no sentido de puxar (tracionar) os corpos. Estas forças são denominadas de forças de tração.
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Classificação das FORÇAS
Como atuam as forças de contacto entre superfícies ásperas?
As forças podem ser inclinadas em relação as superfícies.
O que é força de atrito?
É a componente tangencial da força de contato. 
 Na figura a força de contato F foi decomposta em duas forças, uma na direção da normal, força N e outra na direção da tangente, força Fa, isto é a força de atrito.
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Quais são as características da força de atrito?
A força de atrito é uma força resistente, isto é, ela sempre se opõe ao movimento ou a sua tendência.
A força de atrito é uma força de módulo variável podendo assumir valores desde zero até um valor máximo
0 <= Fa <= Famáximo
Qual é o valor máximo da força de atrito?
Constatamos experimentalmente que a força de atrito máxima é proporcional à força N (componente normal da força de contato), isto é
Famáxima= μN
onde a constante de proporcionalidade m, denominada coeficiente de atrito, depende da natureza das superfícies em contato.
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O que é coeficiente de atrito estático?
É o coeficiente de atrito entre duas superfícies enquanto não há deslizamento entre elas.
Exemplo:
Considere um bloco de peso 100kgf apoiado num plano horizontal. A força normal N exercida pelo piso sobre o bloco é conseqüentemente igual a 100kgf.
Se o coeficiente de atrito estático entre o piso e o bloco for 0,6, a força de atrito poderá assumir um valor máximo igual a Famáxima=μN=0,6×100=60kgf.
O que é coeficiente de atrito cinemático ou dinâmico?
É o coeficiente de atrito quando o corpo entra em deslizamento. O coeficiente de atrito cinemático ou dinâmico depende da natureza das superfícies em contato, como o coeficiente de atrito estático, sendo também função da velocidade de deslizamento.
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O que é ângulo de atrito?
Denominamos ângulo de atrito ao ângulo f de inclinação da força de contato F com a normal.
Quando a força de atrito assume o valor máximo o ângulo de atrito assume um valor máximo cuja tangente é igual ao coeficiente de atrito.
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Uma força de atrito pode produzir movimento?
Entendendo como movimento, o deslizamento, a resposta é não. A força de atrito sempre se opõe ao deslizamento.
A força de atrito ao impedir o deslizamento é responsável por acelerações que produzem movimentos. Na figura está representado um carro com tração
na roda traseira que girando no sentido anti-horário tem o seu deslizamento impedido pela força de atrito que o pavimento exerce ela. Esta força de atrito que atua sobre o carro produz a aceleração do veículo mostrada na figura.
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Condições de equilíbrio de um corpo extenso
Para condições em que o corpo pode girar, as condições de equilíbrio são: 
equilíbrio de translação:
equilíbrio de rotação:
Para um ponto material tínhamos apenas:
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Binário ou Conjugado
É um sistema construído por duas forças de intensidades iguais, de mesma direção e de sentidos opostos, mas cujas linhas de ação estão separadas por uma distância d (braço) não nula.
Momento do Binário: M = ± F . D
A Resultante do Binário é nula. Um corpo rígido , não sofrerá translação submetido a um binário e sim movimento de rotação não uniforme.
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EXEMPLO: Ao extrair uma porca que prende a roda de um carro, um homem aplica forças de intensidade de 4,0 N com as duas mãos numa chave de roda, mantendo as mãos a 50 cm uma da outra. Determine o momento aplicado pelo homem.
Solução 
Dados: F = 4,0 N e d = 50 cm = 0,50 m
O momento do binário vale: 
M = F . d = 4,0 . 0,50  M = + 2,0 N. m
F
-F
(- )
Anti-horário
 Horário
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Exemplo
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Exemplo
(FGV – SP) Em uma alavanca interfixa, uma força motriz de 2 unidades equilibra uma resistência de 50 unidades. O braço da força motriz mede 2,5 m; o comprimento do braço da resistência é:
 5 m
0,1 m
1 m 
 125 m
 n.d.a.
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Solução: Alternativa c.; Dados: Fm = 2 u e FR = 50 u
F m = 2 u
F R = 50 u
2,5 m
x
 Sabendo para que ocorra equilíbrio, temos que ∑M = 0;
 então: 2,5 . F m - x . F R = 0
 2,5 . 2 = x . 50 
 x = 0,1 m 
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Teorema das Três Forças
Quando um corpo extenso está em equilíbrio estático sujeito a três forças não paralelas, as linhas de ação dessas forças devem passar por um ponto comum.
As direções de P e N são facilmente identificadas, enquanto F é determinada pelo teorema.
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Ponto onde podemos considerar aplicado o peso total do corpo ou tema.
Centro de gravidade (Ponto onde se aplica a força peso)
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Centro de gravidade (Ponto onde se aplica a força peso)
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Centro de gravidade
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Centro de massa
Momento exercido pelo peso: P=Mg 
Equação para calcular o centro de gravidade. 
Centro de gravidade e massa coincidem apenas quando o corpo está imerso em um campo gravitacional uniforme.
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Centro de massa e gravitacional
Centro de gravidade está relacionado ao momento exercido pela força peso e centro de massa está relacionado com a força resultante.
No nosso caso estamos mais interessados no centro de gravidade.
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Estática e Torque
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Estabilidade do equilíbrio estático
Estável: corpo retorna a posição inicial.(a)
Instável: corpo não retorna a posição inicial.(b)
Indiferente: corpo é deslocado de sua posição inicial e, mesmo após ser liberado, não se move.(bola sobre uma superfície horizontal)
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Estática e Torque
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“Dêem-me uma alavanca e um ponto de apoio e eu moverei o mundo”.
 Arquimedes
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Estática e Torque
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Alavancas
Uma alavanca é uma máquina simples. Consiste numa barra rígida que gira em torno de um eixo ou ponto fixo, o fulcro, na qual são aplicadas duas forças: a força que se pretende vencer, a resistência, e a força que é necessário exercer para vencer a primeira, a potência.
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Estática e Torque
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Alavancas
Uma alavanca está em equilíbrio quando os momentos das duas forças, potente e resistente, são iguais:
Quanto maior for o braço da força potente relativamente ao braço da força resistente, menor será a intensidade da força potente a exercer para equilibrar a alavanca.
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Alavancas
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Estática e Torque
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Eixo fixo
Força resistente
Força Potente
Quanto mais longe do eixo fixo exercemos a força, mais facilmente partimos a noz.
Alavancas e suas aplicações práticas
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Estática e Torque
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A extremidade do remo que seguramos deve estar mais próxima ou mais afastada do eixo fixo?
O remo é usado para movimentar o barco.
Onde está localizado o ponto de apoio da alavanca?
Alavancas e suas aplicações práticas
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Tipos de alavancas
Alavanca interfixa: ponto de apoio entre a potência e a resistência.
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Tipos de alavancas
Alavanca interpotente: força potente entre o apoio e a resistência. 
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Tipos de alavancas
Alavanca inter-resistente: resistência entre o ponto de apoio e a força potente.
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Tipos de alavancas
O antebraço é uma alavanca interpotente em que o fulcro está na articulação com o úmero (osso do cotovelo) e a força potente é exercida pelo bíceps.
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Alavancas e suas aplicações práticas
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FIM
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