Alavanca: Torques de equilíbrio
1 · Prever
Uma alavanca é fixada exatamente em seu centro, com um empurrão para baixo aplicado em cada extremidade, à mesma distância do pivô. Se um lado empurra com mais força do que o outro, a alavanca inclina-se para o impulso mais forte, para o impulso mais fraco, ou permanece equilibrada, não importa o que aconteça?
- Ele aponta para o impulso mais forte
- Ele permanece equilibrado independentemente das forças
- Ele aponta para o impulso mais fraco
2 · Preparar
- Abra a predefinição da alavanca. Uma viga rígida está fixada em seu centro; uma força descendente 50 N é aplicada 2 m a partir do pivô em cada extremidade.
- Clique na seta de força esquerda na viga e observe sua força no Inspetor, depois clique na seta de força direita e faça o mesmo.
- Para cada linha abaixo, defina as intensidades de força esquerda e direita no Inspector para corresponderem, execute a simulação, selecione a viga e leia o valor de torque τ = r × F no painel Math.
3 · Coletar Dados
| Força Esquerda (N) | Força Direita (N) | Torque líquido (do sim) (N·m) | τ = r × F (calculado) (N·m) |
|---|---|---|---|
| 50.00 | 50.00 | ||
| 50.00 | 80.00 | ||
| 70.00 | 40.00 |
Trace a diferença de força (Força Direita - Força Esquerda) no eixo x em relação ao torque líquido que você mediu no eixo y. O que a inclinação representa e onde a linha cruza o zero?
4 · Analisar
- Para cada linha, calcule 2 m × (Força Direita - Força Esquerda) manualmente. Compare-o com o torque líquido que você lê no painel Math do sim. Eles combinam?
- Na linha 1 as duas forças são iguais e a alavanca permanece nivelada. O que isso lhe diz sobre como as forças e os comprimentos dos braços devem se relacionar para que qualquer alavanca se equilibre?
5 · Aprofundar
- Alavancas reais – como uma gangorra com dois cavaleiros de pesos diferentes – muitas vezes precisam de comprimentos de braços desiguais, e não de forças desiguais, para se equilibrar. Se a força do lado direito permanecesse em 50 N, mas sua distância do pivô dobrasse para 4 m, que força no braço esquerdo (ainda em 2 m) seria necessária para equilibrá-la?
- Uma chave inglesa, um abridor de garrafas e uma tesoura são alavancas. Escolha um e identifique seu pivô, sua força aplicada e a carga que ele move – depois explique por que uma alça mais longa facilita seu uso.
A física por trás deste experimento
Torque
Torque é o efeito de rotação de uma força em torno de um pivô: τ = r × F, onde r é a distância do pivô até onde a força atua. Uma alavanca se equilibra quando os torques de ambos os lados são cancelados – forças iguais em distâncias iguais ou forças desiguais em distâncias inversamente proporcionais.