Fisica

EXPERIMENTO 8 EQUILÍBRIO ESTÁTICO DUMA BARRA RÍGIDA
I - OBJETIVO Estudar as condições de equilíbrio de uma barra rígida sujeita a forças verticais. II - PARTE TEÓRICA Se se aplica uma força num ponto de uma barra rígida apoiada, a barra poderá ter a tendência a girar e a essa tendência de giro em torno dum eixo denomina-se torque . r r Define-se o torque τ produzido por uma força F em relação a uma origem O, pelo produto vetorial r r r (8.1) τ =r ×F, z τ 0 r x d

y

F

Fig. 8.1 r r onde r é o vetor posição do ponto de aplicação da força F , ambos contidos no plano xy r (Fig. 8.1). Definido desta forma, o vetor torque τ , de acordo com as regras do produto vetorial, r r é perpendicular ao plano que contém O e F . Assim, a linha de ação de τ representa o eixo em r torno do qual o corpo tende a girar quando fixo em O e sujeito à força F . Este eixo é r denominado eixo de torque. Na Fig. 8.1, τ coincide com o eixo-z e tem o sentido de + z. O módulo do torque é dado por

τ = Fr sen θ,

ou,

τ = Fd ,

(8.2)

r r onde θ é o ângulo entre os vetores τ e F e d = r sen θ é a distância perpendicular de O à r r linha de ação de F , denominada braço de alavanca de F em relação a O. 1. AS CONDIÇÕES DE EQUILÍBRIO ESTÁTICO Uma barra rígida é dita estar em equilíbrio estático se ela não se move em nenhuma forma — nem em translação, nem em rotação — no sistema de referência em que observamos o corpo. Translação num corpo é causada por uma força não balanceada, enquanto rotação é produzida por um torque não balanceado. Daí as duas condições necessárias e suficientes para que um corpo esteja em equilíbrio são: • a soma vetorial de todas as forças externas que agem sobre o corpo deve ser nula; • a soma vetorial de todos os torques externos — em relação a qualquer eixo de torque no espaço — que atuam sobre o corpo deve ser nula. Essas condições são expressas pelas relações: r Σ F ext = 0 e r Σ τ ext = 0 (8.3 ) (8.4) 1

1. CENTRO DE GRAVIDADE O centro de gravidade