Você já parou para pensar como funciona uma porta? Por mais que o objeto seja cotidiano, os mecanismos físicos que estão por trás dela não são nada simples! Dentre outras áreas da física, a estática é uma das mais relevantes para compreender esse tipo de ferramenta.
Além de conhecer a relação entre a estática e as portas, neste artigo, você conhecerá melhor as fórmulas e leis que baseiam este campo da física. Veja também exemplos sobre a estática de pontos materiais, corpos extensos e como eles podem cair nas questões do seu vestibular. Vamos lá?
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O que é estática?
Como indica o nome, a estática é a área da física que estuda os corpos que estão parados, em repouso. Conforme as leis de Newton, isso significa que a soma de todas as forças que atuam sobre aquele objeto resultam em 0.
Vamos recordar que a fórmula geral para a força é dada por F=m.a, em que F é a força, m representa a massa, e a é a aceleração. Se a resultante das forças é igual a 0, podemos dizer que um dos dois fatores da multiplicação (massa ou aceleração) também são nulos.
Como todo o corpo considerável possui uma massa, ela nunca será igual a zero. Entendemos então que os objetos estudados pela estática admitem uma aceleração total igual a zero.
Várias das situações cotidianas dependem da estática para acontecerem, por exemplo, é necessário que uma ponte construída no meio de uma metrópole tenha uma estabilidade considerável — para isso, são feitas fundações e bases sólidas que equilibram a edificação no solo. Assim, quando milhares de carros passarem por ela durante o dia, a soma de todas as forças que atuam sobre ela é iguais a zero.
Equilíbrios de pontos materiais
Os pontos materiais são elementos da física que apresentam uma dimensão insignificante para o contexto em questão — como observar o tamanho de um ser humano comparado a grandeza territorial de um país como o Brasil.
Nesse caso, imaginamos que todas as forças possíveis estão atravessando aquele corpo e se equilibrando. Como sabemos, a partir da lei da inércia e dos princípios da estática, se a resultante das forças é nula e a aceleração é igual a zero, o ponto material tende a continuar em repouso.
Equilíbrios de corpos extensos
Quando os corpos possuem uma dimensão significante no estudo físico, eles são chamados de corpos extensos. No caso do equilíbrio desses objetos, o eixo será definido no centro de massa dele.
Em geral, os vestibulares costumam assumir barras homogêneas para esse tema. Na prática, isso significa que o centro de massa estará situado na metade do comprimento da barra e é exatamente neste ponto que está definido o eixo.
Para além dessas informações, saiba que, nas barras homogêneas, o centro de massa é o lugar onde está aplicada a força Peso. O peso, no caso, é dado pela aceleração da gravidade multiplicada pelo peso da barra (P=m.g).
Momento ou torque (M)
O momento ou torque de uma força é a capacidade que ela tem de provocar um giro no corpo, a partir de um eixo definido. Essa grandeza é vetorial, ou seja, possui intensidade, direção, sentido e uma unidade de medida: N.m (newton.metro).
Um momento positivo acontece quando ele está no sentido horário e o momento negativo acontece no sentido anti-horário.
O valor do momento, então, é dado pela fórmula:
M = F.d.senθ
M é o símbolo matemático para momento, F é a força (em Newtons), θ é o ângulo entre a força e a superfície do corpo, enquanto d representa a distância perpendicular entre a força e o eixo estabelecido.
Nos exercícios de vestibular, em geral, o ângulo θ é igual a 90º. Como o seno de 90º é igual a 1, admite-se que a fórmula mais importante a ser decorada é M= F.d.
Agora, vamos entender a aplicação dessa fórmula na vida real. Tente responder a pergunta: por que a maçaneta da porta está do lado oposto das dobradiças?
Ao girar uma porta, o eixo definido é aquele contém as dobradiças. Isso significa que, a distância d será medida a partir daquele ponto.
Em termos teóricos, a fórmula nos diz que, para um mesmo valor do momento M, quanto maior o valor de d, menor a força que deve ser aplicada. Assim, aplicação diária, as maçanetas são colocadas o mais longe possível do eixo, para que a força empregada seja a menor possível.
Você pode fazer o teste na sua casa: tente empurrar a porta o mais próximo possível das dobradiças e, depois, faça o mesmo na ponta mais longe dele.
Essa ideia se repete quando observamos alguém trocar o pneu de um carro. Quanto mais na ponta (ponto A) da chave de roda o borracheiro colocar sua força, menor intensidade ele deve aplicar no processo.
+ Veja mais: Fórmulas de Física para o Enem e vestibulares
Questão de vestibular sobre vestibular sobre estática
(Universidade Estadual do Rio de Janeiro) Para que um corpo seja considerado estático, é necessário que a soma de seus momentos seja igual a zero. Lembre-se sempre de que um sentido de rotação é considerado positivo, enquanto o outro será considerado negativo. Acompanhe a resolução da questão abaixo.
Um sistema é constituído por seis moedas idênticas fixadas sobre uma régua de massa desprezível que está apoiada na superfície horizontal de uma mesa, conforme ilustrado abaixo. Observe que, na régua, estão marcados pontos equidistantes, numerados de 0 a 6.
Ao se deslocar a régua da esquerda para a direita, o sistema permanecerá em equilíbrio na horizontal até que determinado ponto da régua atinja a extremidade da mesa.
De acordo com a ilustração, esse ponto está representado pelo seguinte número:
A)4
B)3
C)2
D)1
Note que um lado da régua possui 5 moedas, enquanto o outro lado possui 1 moeda. Em termos físicos, isso significa que a força exercida na porção esquerda é dada por 5P, enquanto que a força no lado direito é dada por P.
O vetor dos pesos atuam em sentidos diferentes, de forma que P terá momento positivo e 5P momento negativo. A soma desses M deve ser igual a 0.
Além do mais, precisamos entender que o posicionamento da régua na borda da mesa vai definir o eixo de rotação. Assim, a distância entre 5P e o eixo é dada por x, enquanto que a distância entre o centro de massa e P é 6-x, como mostra a imagem:
Vamos, agora aplicar as fórmulas:
M5P + MP = 0
– 5P.x + P(6-x) = 0
P(6-x) =5P.x
6 – x = 5x
6 = 7x
x = 6/7
x = 0,85
Assim, quando a régua atingir 0,85 das medidas estabelecidas, haverá desequilíbrio. Como a questão só nos fornece os valores cheios, vamos considerar que a última marcação possível é o número 1, conforme a letra D aponta.
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