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Imagine o seguinte: você precisa desaparafusar um parafuso de uma prancha de madeira. Você encontra a chave de tamanho correto e a prende ao parafuso. Para começar a afrouxar a chave, você precisa segurar a alça e puxar ou empurrar em uma direção perpendicular à alça da chave. Empurrar ao longo da direção da chave inglesa não aplicará um torque ao parafuso e não afrouxará.
Torque é a influência calculada a partir de forças que afetam o movimento rotacional ou causam rotação em torno de um eixo.
Física geral de torque
A fórmula para determinar o torque, τ é τ = r × F, Onde r é o braço da alavanca e F é a força. Lembrar, r, τe F são todas quantidades vetoriais, portanto, a operação não é multiplicação escalar, mas um produto cruzado vetor. Se o ângulo, θ, entre o braço da alavanca e a força é conhecida, a magnitude do torque pode ser calculada como τ = r F sin (θ).
A unidade de torque padrão ou SI são medidores de Newton, ou Nm.
Torque líquido significa calcular o torque resultante de n diferentes forças contribuintes. Portanto:
Sigma ^ n_i vec { tau} = Sigma ^ n_i r_i F_i sin ( theta)Assim como na cinemática, se a soma dos torques for 0, o objeto estará em equilíbrio de rotação, o que significa que não está acelerando nem desacelerando.
O Vocabulário para a Física de Torque
A equação do torque está repleta de informações importantes sobre como o torque é gerado e como calcular um torque líquido. A compreensão dos termos da equação o ajudará a concluir um cálculo geral do torque líquido.
Primeiro, o eixo de rotação é o ponto sobre o qual a rotação ocorrerá. Para o exemplo de torque da chave, o eixo de rotação passou pelo centro do parafuso, uma vez que a chave giraria em torno do parafuso. Para uma gangorra, o eixo de rotação é o meio da bancada, onde o ponto de apoio é colocado, e as crianças nas extremidades da gangorra estão aplicando o torque.
Em seguida, a distância entre o eixo de rotação e a força aplicada é chamada de braço de alavanca. Determinar o braço da alavanca pode ser complicado porque é uma quantidade vetorial; portanto, há potencialmente muitos braços da alavanca possíveis, mas apenas um correto.
Por fim, a linha de ação é uma linha imaginária que pode ser estendida a partir da força aplicada para determinar o braço da alavanca.
Exemplo de cálculo de torque
A melhor maneira de iniciar a maioria dos problemas de física é desenhar uma imagem da situação. Às vezes, essa imagem é descrita como um diagrama de corpo livre (FBD), onde o objeto sobre o qual as forças estão agindo é desenhado, e as forças são desenhadas como setas, com sua direção e magnitude rotuladas. Outras informações importantes a serem adicionadas ao seu FBD são os eixos de coordenadas e o eixo de rotação.
Para resolver o torque líquido, é essencial um diagrama preciso do corpo livre.
Etapa 1: desenhe o FBD e inclua um eixo de coordenadas. Rotule o eixo de rotação.
Etapa 2: desenhe todas as forças que estão atuando no corpo, usando as informações fornecidas para colocar com precisão as forças relativas ao eixo de rotação.
Etapa 3: Para determinar o braço da alavanca (o que provavelmente é dado no problema), estenda a linha de ação da força, de modo que o braço da alavanca possa ser puxado através do eixo de rotação e perpendicular à força.
Etapa 4: as informações do problema podem fornecer informações sobre o ângulo entre o braço da alavanca e a força, de modo que a contribuição para o torque possa ser calculada: τEu = rEu FEu sin (θEu).
Etapa 5: some cada contribuição de cada uma das forças N, para determinar o torque líquido.