Equilíbrio estático
Que tipo de imagens vêm à sua mente quando digo que uma força está agindo sobre um objeto? Pode ser algo voando pelo ar, deslizando por uma encosta ou sendo empurrado ao longo do solo. Que tal um objeto que está parado? Imagine algo como uma cadeira parada no chão ou um porta-retratos pendurado na parede. Mesmo que esses dois objetos não estejam se movendo, eles ainda têm forças agindo sobre eles.
Quando um objeto está estacionário e a soma de todas as forças e a soma de todos os torques que atuam sobre ele são iguais a zero, diz-se que ele está em equilíbrio estático . Os torques e as forças devem ser iguais a zero porque estão tentando acelerar o objeto. As forças tentam criar uma aceleração linear e os torques tentam girar o objeto com uma aceleração angular.
Quando temos um problema de física que nos pede para encontrar as forças ou torques que atuam sobre um objeto em equilíbrio estático, chamamos isso de problema de estática . Existe outro tipo de equilíbrio chamado equilíbrio dinâmico , mas não estamos trabalhando com isso aqui. Apenas para que você saiba a diferença – um objeto está em equilíbrio dinâmico quando a soma das forças e a soma dos torques são iguais a zero e o objeto está se movendo a uma velocidade constante.
Métodos estáticos de resolução de problemas
Depois de ter a tarefa de resolver um problema de estática, como você realmente fará isso? Existem várias etapas que você pode seguir para tornar o problema o mais fácil possível para você.
Etapa um : leia o problema. Isso pode parecer uma etapa trivial, mas muitos erros são cometidos ao examinar o problema e presumir que você sabe o que fazer. Sempre leia atentamente o problema para ter certeza de saber o que ele está pedindo de você.
Etapa dois : faça um desenho. Especificamente, o que você deseja desenhar é algo chamado diagrama de corpo livre , que é uma representação visual simples do objeto em questão a partir do problema de estática. Você também desenhará setas mostrando as direções de todas as forças e torques que atuam nela. Os diagramas de corpo livre podem ser usados para mais do que apenas problemas de equilíbrio estático, mas são muito úteis aqui para ajudá-lo a visualizar o problema.
Etapa três : cite as forças e os torques. Em algum momento, todas essas forças e torques atuando no objeto que desenhamos surgirão em nossas equações para resolver o problema. Eles precisam de nomes para que você possa acompanhar com quais variáveis está trabalhando em suas equações. É normal colocar os nomes das forças e torques ao lado das setas que os representam no diagrama de corpo livre.
Etapa quatro : faça um plano. Olhe para o seu desenho, releia o problema e pergunte a si mesmo quais informações eu tenho e do que preciso. Tenha uma ideia geral do que você precisa fazer. Você está procurando forças, torques, quantos deles, em quais direções e assim por diante? Se você simplesmente começar a escrever fórmulas sem fazer um plano, provavelmente terminará tornando o problema mais complicado do que precisa ser.
Etapa cinco : escreva suas fórmulas. Agora é hora de realmente escrever essas fórmulas no papel. Lembre-se, em equilíbrio estático, sabemos que a soma das forças e a soma dos torques são iguais a zero. Para um problema em duas dimensões, podemos dividir a soma das forças em componentes x (horizontal) ey (vertical).
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Quando você tiver suas fórmulas escritas, observe o número de variáveis desconhecidas que você possui. Se você precisa resolver para cada variável desconhecida, o número de fórmulas que você tem deve ser pelo menos igual ao número de variáveis desconhecidas.
Etapa seis : faça seus cálculos. Uma armadilha em que os alunos muitas vezes caem é inserir imediatamente todos os números em suas fórmulas antes de começar a calcular. Em vez disso, tente simplificar suas fórmulas o máximo possível antes de inserir qualquer número. Pode parecer contra-intuitivo, mas isso tornará o problema mais fácil e reduzirá a probabilidade de você cometer erros matemáticos simples.
Etapa sete : reavalie seu trabalho. Finalmente, olhe para o seu trabalho e veja se a resposta que você obteve faz sentido. Por exemplo, se você estava resolvendo a força da gravidade e descobriu que ela estava fazendo seu objeto cair para cima, você cometeu um erro em algum lugar. Se tudo estiver certo, parabéns, você terminou.
Formulários
Usamos essas sete etapas sempre que temos a tarefa de encontrar as forças ou torques que atuam sobre um objeto em equilíbrio estático. Quando pensamos em um objeto em equilíbrio estático, a primeira coisa que vem à mente é um objeto parado como um móvel. Esta é a aplicação mais simples para métodos de resolução de problemas estáticos; no entanto, as coisas podem ficar muito mais complicadas.
Aqui estão alguns exemplos de situações mais complicadas envolvendo um objeto em equilíbrio estático. Qual é a força devida à tensão nos fios segurando um semáforo no ar? Um poste está encostado em uma parede em um ângulo de 50 graus. Qual é a força que a parede está exercendo no poste? Uma viga é equilibrada em seu ponto central, com dois pesos em cada extremidade. Qual torque cada peso produz na viga? Qual é a força devida à tensão nos cabos que sustentam uma ponte levadiça?
Com um pouco mais de informação fornecida, cada um dos quatro exemplos acima pode ser usado como um problema de física válido para a aplicação de métodos de resolução estática.
Resumo da lição
Quando um objeto está estacionário e a soma de todas as forças e a soma de todos os torques que atuam sobre ele são iguais a zero, diz-se que ele está em equilíbrio estático . Um problema de estática nos incumbe de encontrar as forças ou torques que atuam sobre um objeto em equilíbrio estático. Existem sete etapas que podemos usar para resolver problemas de estática:
- Leia o problema
- Faça um desenho – você vai querer usar um diagrama de corpo livre , uma representação visual simples do objeto em questão a partir do problema de estática.
- Nomeie as forças e torques
- Faça um plano
- Escreva suas fórmulas
- Faça seus cálculos
- Reavalie seu trabalho
Resultados de Aprendizagem
Faça com que seja sua meta completar o seguinte quando a lição terminar:
- Conhecimento expresso de equilíbrio estático
- Enumere o processo de sete etapas que você pode usar para resolver um problema de estática