Estática: conceitos, exemplos e exercícios resolvidos

Para que o equilíbrio de objetos e até mesmo de pessoas possa vir a ocorrer, é necessário que alguns requisitos sejam realizados. Dentre eles, está o de que a força resultante que atua sobre esses objetos seja nula. Dessa forma, vamos estudar aqui a estática de corpos rígidos, seus conceitos e suas principais características.

Estática x dinâmica

A estática estuda as condições para que um corpo se mantenha em equilíbrio. Por outro lado, a dinâmica estuda as causas do movimento de um corpo. Ambas utilizam largamente as leis de Newton.

Conceitos fundamentais da estática

Precisamos entender os conceitos sobre estática para conseguirmos resolver os exercícios das mais variadas provas do país. Esses conceitos são: equilíbrio de ponto material, momento de força, equilíbrio de corpo extenso e centro de massa. Dessa forma, vamos estudar cada um deles separadamente.

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A força está presente em nosso cotidiano, e é estudada pela física, podendo ser de quatro tipos: força nuclear forte e fraca, força eletromagnética e força da gravidade.

As leis de Newton são três, e todas de extrema importância não apenas para o estudo da física, mas com relação às suas aplicações práticas.

Conheça a equação horária e os gráficos do movimento uniforme, que é aquele feito por um móvel percorrendo distâncias iguais em tempos iguais.

Equilíbrio de ponto material

Antes de mais nada devemos relembrar que um ponto material é um objeto cujas dimensões são desprezíveis diante da situação em que ele se encontra.

O equilíbrio de ponto material ocorre quando o vetor velocidade dele é constante, o vetor aceleração é zero e quando o vetor força resultando também é zero. Em outras palavras, podemos definir isso da seguinte forma:

Em resumo, para verificarmos se um ponto material está em equilíbrio ou não, escolhe-se um ponto adequado ao qual esse ponto consiga representar todas as forças que atuam no ponto material. Com isso é possível verificar o vetor força resultante e caso ele seja nulo o ponto material estará em equilíbrio.

Momento de uma força

Para se abrir uma porta facilmente, é necessário que a maçaneta esteja distante das dobradiças. Isso acontece por conta de uma grandeza física conhecida como momento de uma força ou torque. Estudaremos aqui essa grandeza.

Podemos definir o momento de uma força da seguinte forma:

O momento de uma força (também chamado de torque) é a grandeza que indica a sua capacidade de fazer um corpo girar (esse é o seu efeito) em torno do polo P escolhido.
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Quanto maior o valor do momento, maior será o efeito de giro provocado no corpo.

Equilíbrio de corpo extenso

É considerado um corpo extenso todo o corpo cujas dimensões não podem ser desprezíveis em relação ao meio onde ele está inserido.

Para que um corpo extenso fique em equilíbrio, ele precisa satisfazer duas condições:

A resultante das forças aplicadas ao corpo deve ser nula;
A soma dos momentos das forças aplicadas sobre o corpo também deve ser zero.

Em outras palavras, temos:

Centro de massa

Para corpos pontuais, a segunda condição do item anterior não se aplica. Isso se deve ao fato de que todas as forças atuam no mesmo ponto. Mas um corpo extenso não possui apenas um ponto para se aplicar as forças. Porém, na física é utilizada uma idealização chamada de centro de massa.

O centro de massa é o ponto no qual toda a massa de um corpo está concentrada. Assim, um objeto se movimenta como se todas as forças externas estivessem sendo aplicadas sobre o centro de massa.