Alavanca desigual: Vantagem mecânica
1 · Prever
O pivô desta alavanca é centralizado, como na alavanca clássica — mas a força da direita é aplicada a apenas 1 m do pivô, enquanto a da esquerda está a 2 m. Se um empurrão de 50 N a 2 m é equilibrado por um empurrão a 1 m, essa força é maior, igual ou menor que 50 N?
- É maior que 50 N
- É igual — 50 N
- É menor que 50 N
2 · Preparar
- Abra o preset Alavanca desigual. Uma viga rígida é fixada exatamente no centro, como a alavanca clássica — mas as duas forças para baixo são aplicadas em distâncias diferentes: 2 m à esquerda, 1 m à direita. Uma força de 50 N para baixo empurra na marca de 2 m.
- Clique na seta de força esquerda da viga e anote a intensidade no Inspetor; depois clique na seta direita e faça o mesmo. Observe que os dois braços têm comprimentos diferentes.
- Para cada linha abaixo, ajuste as intensidades das forças esquerda e direita no Inspetor, execute a simulação, selecione a viga e leia o valor do 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 | 100.00 | ||
| 50.00 | 50.00 | ||
| 20.00 | 100.00 |
Trace a diferença de força (Força Direita − Força Esquerda) no eixo x em relação ao torque líquido medido no eixo y — lembre-se de que os braços são desiguais, então o torque é 1 m × Força Direita − 2 m × Força Esquerda. O que a inclinação representa e onde a linha cruza o zero?
4 · Analisar
- Para cada linha, calcule à mão 1 m × Força Direita − 2 m × Força Esquerda. Compare com o torque líquido lido no painel Math da simulação. Eles combinam?
- Na linha 1, o empurrão de 50 N no braço de 2 m equilibra o empurrão de 100 N no braço de 1 m — forças diferentes, torques iguais. O que deve ser verdade sobre uma força e sua distância do pivô para que uma alavanca se equilibre?
5 · Aprofundar
- Um carrinho de mão também é uma alavanca: seus braços erguem as alças a cerca de 2 m da roda (o pivô) enquanto a carga fica perto da roda. Se a carga pesa 200 N e está a 0.5 m da roda, qual força para cima você deve aplicar nas alças para equilibrá-la? E se a carga estivesse na borda do recipiente?
- Um martelo de garra tirando um prego, um pé de cabra e um quebra-nozes são alavancas com braços desiguais. Escolha um e identifique seu pivô, a força aplicada e a carga que ele move — depois explique por que o braço curto é o do lado da carga.
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. Com braços desiguais, torques iguais exigem forças desiguais — uma força de 50 N a 2 m do pivô equilibra uma de 100 N a 1 m, pois ambas produzem 100 N·m.