Física
39° aula - (última aula do 2º semestre)
Equilíbrio Estático de um corpo extenso
Borges e Nicolau
Uma barra homogênea de comprimento 4 m e de peso P = 12 N está apoiada nos pontos A e B, conforme a figura.
Vamos determinar as intensidades das forças FA e FB que os apoios exercem na barra. Na figura, a seguir, estãoBrepresentadas as forças que agem na barra. Note que o peso P está aplicado no centro geométrico da barra poisBela é homogênea.
Podemos impor que a força resultante é nula, ou seja:
FA + FB = P => FA + FB = 12 (1)
A condição força resultante nula deve ser imposta para que a barra não sofra translação. Entretanto, a barra pode girar. Tome, por exemplo, o ponto de apoio B como referência. A força FA tende a girar a barra em torno de B, no sentido horário e o peso P tende a girar a barra em torno de B, no sentido anti-horário.
A grandeza que mede a eficiência de uma força em produzir rotação chama-se momento e é dada pelo produto da intensidade da força pela distância do ponto considerado (no caso o ponto B) até a linha de ação da força. Para que a barra não gire impomos que o momento de FA em torno de B (no sentido horário) deve ser igual ao momento de P em torno de B (no sentido anti-horário).
MFA = MP => FA.dA = P.d => FA.3 = 12.1 => FA = 4 N.
De (1) resulta: FB = 8 N
Resumindo: para o equilíbrio de um corpo extenso devemos impor:
1º) Equilíbrio de Translação:
Força resultante nula. Esta condição é imposta considerando a soma das intensidades das forças para cima igual à soma das intensidades das forças para baixo. E a soma das intensidades das forças para a direita igual à soma das intensidades das forças para a esquerda.
2º) Equilíbrio de rotação:
Neste caso, escolhemos um ponto e impomos que a soma dos momentos das forças que tendem a produzir rotação no sentido horário é igual à soma dos momentos das forças que tendem a produzir rotação no sentido anti-horário.
Animação:
Clique aqui
Exercícios básicos
Exercício 1:
a) Calcule o momento da força F de intensidade 10 N, em relação ao ponto A?
b) Explique por que o momento da força fA aplicada no ponto A, em relação a esse ponto, é nulo.
Resolução: clique aqui
Exercício 2:
Na figura uma barra homogênea apoiada num ponto A e presa pelo ponto B ao teto por um fio ideal, está em equilíbrio na posição horizontal. A barra tem peso P = 90 N.
a) Represente as forças que agem na barra.
b) Calcule as intensidades da força de apoio e da força de tração no fio.
Resolução: clique aqui
Exercício 3:
Uma gangorra tem braços desiguais. No extremo A está sentado João de peso 500 N. Qual é o peso de Maria sentada no extremo B, para que a gangorra fique em equilíbrio na posição horizontal? Considere a gangorra articulada no ponto O e de peso desprezível.
Resolução: Clique aqui
Exercício 4:
A barra homogênea da figura tem peso P = 120 N. A polia é ideal. Determine o peso do bloco e a intensidade da força que o apoio A exerce na barra, estando o sistema em equilíbrio.
Resolução: clique aqui
Exercício 5:
A barra homogênea de peso P = 30 N estáAarticulada no ponto A. O fio DC é ideal e forma com a barra, naAposição horizontal, um ângulo de 30º. O bloco tem peso PBx=x10 N. Sendo sen 30º = 1/2 e cos 30º = ?3/2, determine a intensidadeAda força de tração no fio e as componentes XA e YA da força que a articulação exerce na barra.
Resolução: clique aqui
Exercícios de Revisão
Revisão/Ex 1:
(PUC-MG)
Uma haste, com massa uniformemente distribuída ao longo do seu comprimento, encontra-se em equilíbrio, na horizontal, apoiada no ponto P, tendo duas massas M e M? nas suas extremidades, conforme a figura abaixo.
Nessas condições, é CORRETO afirmar:
a) M? < M
b) M? = M
c) M < M? < 2M
d) M? > 2M
Resolução: clique aqui
Revisão/Ex 2:
(UFSM-RGS)
A figura representa uma barra homogênea em equilíbrio horizontal, de massa m e comprimento L, estando uma das extremidades articulada a uma parede. Na extremidade oposta, está suspenso um corpo de massa M, estando essa barra sustentada em sua metade por uma mola de constante elástica K. Nessa situação, a mola está distendida de:
a) (M/K).g
b) (2M/K).g
c) [(M+m)/K].g
d) [(2M+m)/K].g
Resolução: clique aqui
Revisão/Ex 3:
(Mackenzie-SP)
A figura mostra um móbile constituído por duas barras de massas desprezíveis que sustentam os corpos A, B e C por fios ideais. Sendo a massa do corpo A 45 g, a massa do corpo C, que mantém o conjunto em equilíbrio na posição indicada, deve ser igual a:
a) 10 g.
b) 20 g.
c) 30 g.
d) 40 g.
e) 50 g.
Resolução: clique aqui
Revisão/Ex 4:
(PUC-MG)
Na figura desta questão, um jovem de peso igual a 600 N corre por uma prancha homogênea, apoiada em A e articulada no apoio B. A prancha tem o peso de 900 N e mede 9,0 m. Ela não está presa em A e pode girar em torno de B. A máxima distância que o jovem pode percorrer, medida a partir de B, sem que a prancha gire, é:
a) 1,75 m.
b) 2,00 m.
c) 2,25 m.
d) 2,50 m.
Resolução: clique aqui
Revisão/Ex 5:
PUC-MG
Uma placa de publicidade, para ser colocada em local visível, foi afixada com uma barra homogênea e rígida e um fino cabo de aço à parede de um edifício, conforme ilustração.
Considerando-se a gravidade como 10 m/s2, o peso da placa como 200 N, o comprimento da barra como 8 m, sua massa como 10 kg, a distância AC como 6 m e as demais massas desprezíveis, pode-se afirmar que a força de tração sobre o cabo de aço tem intensidade:
a) 417 N
b) 870 N
c) 300 N
d) 1200 N
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Vamos determinar as intensidades das forças FA e FB que os apoios exercem na barra. Na figura, a seguir, estãoBrepresentadas as forças que agem na barra. Note que o peso P está aplicado no centro geométrico da barra poisBela é homogênea.
Podemos impor que a força resultante é nula, ou seja:
FA + FB = P => FA + FB = 12 (1)
A condição força resultante nula deve ser imposta para que a barra não sofra translação. Entretanto, a barra pode girar. Tome, por exemplo, o ponto de apoio B como referência. A força FA tende a girar a barra em torno de B, no sentido horário e o peso P tende a girar a barra em torno de B, no sentido anti-horário.
A grandeza que mede a eficiência de uma força em produzir rotação chama-se momento e é dada pelo produto da intensidade da força pela distância do ponto considerado (no caso o ponto B) até a linha de ação da força. Para que a barra não gire impomos que o momento de FA em torno de B (no sentido horário) deve ser igual ao momento de P em torno de B (no sentido anti-horário).
MFA = MP => FA.dA = P.d => FA.3 = 12.1 => FA = 4 N.
De (1) resulta: FB = 8 N
Resumindo: para o equilíbrio de um corpo extenso devemos impor:
1º) Equilíbrio de Translação:
Força resultante nula. Esta condição é imposta considerando a soma das intensidades das forças para cima igual à soma das intensidades das forças para baixo. E a soma das intensidades das forças para a direita igual à soma das intensidades das forças para a esquerda.
2º) Equilíbrio de rotação:
Neste caso, escolhemos um ponto e impomos que a soma dos momentos das forças que tendem a produzir rotação no sentido horário é igual à soma dos momentos das forças que tendem a produzir rotação no sentido anti-horário.
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Exercício 1:
a) Calcule o momento da força F de intensidade 10 N, em relação ao ponto A?
b) Explique por que o momento da força fA aplicada no ponto A, em relação a esse ponto, é nulo.
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Exercício 2:
Na figura uma barra homogênea apoiada num ponto A e presa pelo ponto B ao teto por um fio ideal, está em equilíbrio na posição horizontal. A barra tem peso P = 90 N.
a) Represente as forças que agem na barra.
b) Calcule as intensidades da força de apoio e da força de tração no fio.
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Exercício 3:
Uma gangorra tem braços desiguais. No extremo A está sentado João de peso 500 N. Qual é o peso de Maria sentada no extremo B, para que a gangorra fique em equilíbrio na posição horizontal? Considere a gangorra articulada no ponto O e de peso desprezível.
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Exercício 4:
A barra homogênea da figura tem peso P = 120 N. A polia é ideal. Determine o peso do bloco e a intensidade da força que o apoio A exerce na barra, estando o sistema em equilíbrio.
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Exercício 5:
A barra homogênea de peso P = 30 N estáAarticulada no ponto A. O fio DC é ideal e forma com a barra, naAposição horizontal, um ângulo de 30º. O bloco tem peso PBx=x10 N. Sendo sen 30º = 1/2 e cos 30º = ?3/2, determine a intensidadeAda força de tração no fio e as componentes XA e YA da força que a articulação exerce na barra.
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Exercícios de Revisão
Revisão/Ex 1:
(PUC-MG)
Uma haste, com massa uniformemente distribuída ao longo do seu comprimento, encontra-se em equilíbrio, na horizontal, apoiada no ponto P, tendo duas massas M e M? nas suas extremidades, conforme a figura abaixo.
Nessas condições, é CORRETO afirmar:
b) M? = M
c) M < M? < 2M
d) M? > 2M
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Revisão/Ex 2:
(UFSM-RGS)
A figura representa uma barra homogênea em equilíbrio horizontal, de massa m e comprimento L, estando uma das extremidades articulada a uma parede. Na extremidade oposta, está suspenso um corpo de massa M, estando essa barra sustentada em sua metade por uma mola de constante elástica K. Nessa situação, a mola está distendida de:
a) (M/K).g
b) (2M/K).g
c) [(M+m)/K].g
d) [(2M+m)/K].g
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Revisão/Ex 3:
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A figura mostra um móbile constituído por duas barras de massas desprezíveis que sustentam os corpos A, B e C por fios ideais. Sendo a massa do corpo A 45 g, a massa do corpo C, que mantém o conjunto em equilíbrio na posição indicada, deve ser igual a:
a) 10 g.
b) 20 g.
c) 30 g.
d) 40 g.
e) 50 g.
Revisão/Ex 4:
(PUC-MG)
Na figura desta questão, um jovem de peso igual a 600 N corre por uma prancha homogênea, apoiada em A e articulada no apoio B. A prancha tem o peso de 900 N e mede 9,0 m. Ela não está presa em A e pode girar em torno de B. A máxima distância que o jovem pode percorrer, medida a partir de B, sem que a prancha gire, é:
b) 2,00 m.
c) 2,25 m.
d) 2,50 m.
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Revisão/Ex 5:
PUC-MG
Uma placa de publicidade, para ser colocada em local visível, foi afixada com uma barra homogênea e rígida e um fino cabo de aço à parede de um edifício, conforme ilustração.
Considerando-se a gravidade como 10 m/s2, o peso da placa como 200 N, o comprimento da barra como 8 m, sua massa como 10 kg, a distância AC como 6 m e as demais massas desprezíveis, pode-se afirmar que a força de tração sobre o cabo de aço tem intensidade:
a) 417 N
b) 870 N
c) 300 N
d) 1200 N
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