Imagine o seguinte: você precisa desapertar 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 na direção da chave inglesa não aplicará torque ao parafuso e ele não se soltará.
O torque é a influência calculada a partir das forças que afetam o movimento rotacional ou causam a rotação em torno de um eixo.
Física de Torque Geral
A fórmula para determinar o torque,τé
\ tau = r \ vezes F
Onderé o braço de alavanca eFé a força. Lembrar,r, τ, eFsão todas quantidades vetoriais, portanto, a operação não é uma multiplicação escalar, mas um produto vetorial vetorial. Se o ângulo,θ, entre o braço de alavanca e a força é conhecida, então a magnitude do torque pode ser calculada como
\ tau = rF \ sin {\ theta}
A unidade de torque padrão ou SI é Newton metros ou Nm.
Torque líquido significa calcular o torque resultante dendiferentes forças contribuintes. Desse modo:
\ 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, então o objeto está em equilíbrio rotacional, o que significa que não está acelerando nem desacelerando.
O vocabulário para Torque Physics
A equação de torque está repleta de informações importantes sobre como o torque é gerado e como calcular um torque líquido. Compreender os termos da equação o ajudará a completar um cálculo geral do torque líquido.
Primeiro, o eixo de rotação é o ponto sobre o qual a rotação ocorrerá. Para o exemplo do torque da chave, o eixo de rotação passava 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 fulcro 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 de alavanca pode ser complicado porque é uma quantidade vetorial, portanto, existem potencialmente muitos braços de 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 de alavanca.
Exemplo de cálculo de torque
A melhor maneira de começar a maioria dos problemas de física é traçar um quadro da situação. Às vezes, essa imagem é descrita como um diagrama de corpo livre (FBD), onde o objeto sobre o qual o forças estão agindo é desenhada, e as forças são desenhadas como flechas com sua direção e magnitude etiquetada. Outras informações importantes para adicionar ao seu FBD são os eixos de coordenadas e o eixo de rotação.
Para resolver o torque líquido, um diagrama de corpo livre preciso é fundamental.
Etapa 1: desenhe o FBD e inclua eixos de coordenadas. Identifique o eixo de rotação.
Etapa 2: desenhe todas as forças que atuam no corpo, usando as informações fornecidas para posicionar com precisão as forças em relação ao eixo de rotação.
Passo 3: Para determinar o braço de alavanca (que provavelmente é dado no problema), estenda a linha de ação de a força, de modo que o braço de alavanca possa ser puxado através do eixo de rotação e perpendicular ao força.
Etapa 4: as informações do problema podem fornecer informações sobre o ângulo entre o braço de alavanca e a força, de modo que a contribuição para o torque possa ser calculada:
\ tau_i = r_iF_i \ sin {\ theta_i}
Etapa 5: Some cada contribuição de cada uma das N forças para determinar o torque líquido.