Torque é uma força exercida sobre um objeto; esta força tende a fazer com que o objeto mude sua velocidade de rotação. Um carro depende do torque para parar. As pastilhas de freio exercem uma força de atrito nas rodas, que cria um torque no eixo principal. Essa força impede a direção atual de rotação do eixo, parando assim o movimento para frente do carro.
Desenhe um diagrama de corpo livre. Um diagrama de corpo livre isola um objeto e substitui todos os objetos externos por forças vetoriais ou de torção. Isso permite somar as forças e determinar a força resultante e o torque atuando em um objeto.
Mostre todas as forças que atuam no veículo quando o motorista começa a frear. Existe a força da gravidade para baixo e também a força para cima exercida pela estrada. Essas duas forças são iguais e opostas, então elas se cancelam. A força restante é a força de atrito exercida pela estrada, que atua horizontalmente na direção oposta ao movimento do veículo. Por exemplo, suponha que você esteja analisando um jipe de 2.000 quilos que acabou de começar a frear. Seu diagrama mostraria duas forças verticais iguais e opostas de 19.620 Newtons, que somam zero, e alguma força horizontal indeterminada.
Determine a força horizontal da estrada usando a segunda lei de Newton - a força em um objeto é igual a sua massa vezes sua aceleração. Você provavelmente sabe ou pode obter o peso do veículo a partir das especificações do fabricante, mas precisará calcular a taxa de desaceleração. Uma das maneiras mais simples de fazer isso é assumir uma taxa média de desaceleração desde o momento em que os freios são aplicados pela primeira vez, até o ponto de liberação. A desaceleração é então a mudança total na velocidade dividida pelo tempo decorrido durante o processo de frenagem. Se o jipe passasse de uma velocidade de 20 metros por segundo para 0 metros por segundo em 5 segundos, então sua desaceleração média seria de 4 metros por segundo por segundo. A força necessária para causar esta desaceleração é igual a 2.000 kg * 4 m / s / s, o que equivale a 8.000 Newtons.
Calcule o torque que a força da estrada causa sobre o eixo. Como o torque é igual à força vezes sua distância do ponto de rotação, o torque é igual à força da estrada vezes o raio da roda. A força da estrada é a reação de torção igual e oposta causada pelos freios, então o torque de frenagem é igual em magnitude e na direção oposta ao torque exercido pela estrada. Se a roda do jipe tem um raio de 0,25 metros, o torque de frenagem é igual a 8.000 N * 0,25 m, ou 2.000 Newton-metros.
Referências
- "Cinemática e Dinâmica para Máquinas"; Charles E. Wilson e J. Peter Sadler; 2003
Pontas
- Você pode ficar confuso com o fato de que existem várias rodas, e o veículo distribuirá uma certa quantidade de peso sobre cada uma. No entanto, o torque total ainda depende apenas da quantidade de força horizontal necessária para parar o veículo. Se houver pastilhas de freio dianteiras e traseiras e você quiser saber o torque exercido por cada conjunto, pode estimar que cada conjunto contribui com a metade do torque total.
Sobre o autor
Baseado na área metropolitana de Cleveland, Ohio, Brad Painting escreve sobre saúde, tecnologia e meio ambiente. Sua experiência inclui a redação de materiais de treinamento, planos de gestão e vários artigos freelance. Painting recebeu o título de bacharel em engenharia mecânica pela Ohio University e especializou-se em design de edifícios verdes.