9: Estática e torque
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Como podemos garantir que um corpo esteja em equilíbrio e o que podemos aprender com sistemas que estão em equilíbrio? Na verdade, existem duas condições que devem ser satisfeitas para alcançar o equilíbrio. Essas condições são os tópicos das duas primeiras seções deste capítulo.
- 9.0: Prelúdio sobre estática e torque
- Estática é o estudo das forças em equilíbrio, um grande grupo de situações que compõe um caso especial da segunda lei de Newton. Já consideramos algumas dessas situações; neste capítulo, abordamos o tópico mais detalhadamente, incluindo a consideração de possíveis efeitos, como a rotação e a deformação de um objeto pelas forças que atuam sobre ele.
- 9.1: A primeira condição para o equilíbrio
- A primeira condição necessária para alcançar o equilíbrio é a já mencionada: a força externa líquida no sistema deve ser zero.
- 9.2: A segunda condição para o equilíbrio
- A segunda condição necessária para alcançar o equilíbrio envolve evitar a rotação acelerada (mantendo uma velocidade angular constante). Um corpo ou sistema rotativo pode estar em equilíbrio se sua taxa de rotação for constante e permanecer inalterada pelas forças que atuam sobre ele. Para entender quais fatores afetam a rotação, vamos pensar no que acontece quando você abre uma porta comum girando-a em suas dobradiças.
- 9.3: Estabilidade
- Existem três tipos de equilíbrio: estável, instável e neutro. Um sistema está em equilíbrio estável se, quando deslocado do equilíbrio, ele experimenta uma força ou torque líquido em uma direção oposta à direção do deslocamento. Um sistema está em equilíbrio instável se, quando deslocado, experimenta uma força ou torque líquido na mesma direção do deslocamento do equilíbrio. Um equilíbrio neutro é se seu equilíbrio for independente dos deslocamentos de sua posição original.
- 9.4: Aplicações da estática, incluindo estratégias de resolução de problemas
- A estática pode ser aplicada a uma variedade de situações, desde levantar uma ponte levadiça até má postura e tensão nas costas. Começamos com uma discussão sobre estratégias de resolução de problemas usadas especificamente para estática. Como a estática é um caso especial das leis de Newton, tanto as estratégias gerais de resolução de problemas quanto as estratégias especiais para as leis de Newton, discutidas em Estratégias de Solução de Problemas, ainda se aplicam.
- 9.5: Máquinas simples
- Máquinas simples são dispositivos que podem ser usados para multiplicar ou aumentar uma força que aplicamos — geralmente à custa de uma distância pela qual aplicamos a força. Alavancas, engrenagens, polias, cunhas e parafusos são alguns exemplos de máquinas. A energia ainda é conservada para esses dispositivos porque uma máquina não pode fazer mais trabalho do que a energia investida nela. As máquinas podem reduzir a força de entrada necessária para realizar o trabalho. A relação entre as magnitudes da força de saída e de entrada é chamada de vantagem mecânica.
- 9.6: Forças e torques nos músculos e articulações
- Músculos, ossos e articulações são algumas das aplicações mais interessantes da estática. Há algumas surpresas. Músculos, por exemplo, exercem forças muito maiores do que imaginamos. A figura mostra um antebraço segurando um livro e um diagrama esquemático de um sistema de alavanca análogo. O esquema é uma boa aproximação para o antebraço, que parece mais complicado do que é, e podemos obter algumas dicas sobre como os sistemas musculares típicos funcionam analisando-o.
Miniaturas: relação entre vetores de força (F), torque (ω), momento (p) e momento angular (L) em um sistema rotativo. (r) é o raio. (Domínio público; Yawe).