Em problemas que envolvem movimento circular, você freqüentemente decompõe uma força em uma força radial, F_r, que aponta para o centro de movimento e uma força tangencial, F_t, que aponta perpendicular a F_r e tangencial à circular caminho. Dois exemplos dessas forças são aquelas aplicadas a objetos fixados em um ponto e se movem em torno de uma curva quando há atrito.
Use o fato de que se um objeto é fixado em um ponto e você aplica uma força F a uma distância R do pino em um ângulo θ em relação a uma linha ao centro, então F_r = R ∙ cos (θ) e F_t = F ∙ sin (θ).
Imagine que um mecânico está empurrando a ponta de uma chave inglesa com uma força de 20 Newtons. Da posição em que está trabalhando, ela deve aplicar a força em um ângulo de 120 graus em relação à chave inglesa.
Use o fato de que quando você aplica uma força a uma distância R de onde um objeto está preso, o torque é igual a τ = R ∙ F_t. Você deve saber por experiência própria que quanto mais longe do pino que você empurra em uma alavanca ou chave, mais fácil é fazê-la girar. Empurrar a uma distância maior do pino significa que você está aplicando um torque maior.
Use o fato de que a única força necessária para manter um objeto em movimento circular a uma velocidade constante é uma força centrípeta, F_c, que aponta para o centro do círculo. Mas se a velocidade do objeto está mudando, então também deve haver uma força na direção do movimento, que é tangencial ao caminho. Um exemplo disso é a força do motor de um carro que faz com que ele acelere ao fazer uma curva ou a força de atrito que o faz parar.
Imagine que um motorista tira o pé do acelerador e deixa um carro de 2.500 quilos parar começando de uma velocidade inicial de 15 metros / segundo enquanto dirige em torno de uma curva circular com um raio de 25 metros. O carro gira 30 metros e leva 45 segundos para parar.
Calcule a aceleração do carro. A fórmula que incorpora a posição, x (t), no tempo t em função da posição inicial, x (0), a velocidade inicial, v (0), e a aceleração, a, é x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Insira x (t) - x (0) = 30 metros, v (0) = 15 metros por segundo et = 45 segundos e resolva para a aceleração tangencial: a_t = –0,637 metros por segundo ao quadrado.
Use a segunda lei de Newton F = m ∙ a para descobrir que o atrito deve ter aplicado uma força tangencial de F_t = m ∙ a_t = 2.500 × (–0,637) = –1.593 Newtons.
Referências
- Luz e matéria: Capítulo 4. Conservação do Momento Angular
- Hiperfísica: Torque
- Hiperfísica: cálculo de torque
Sobre o autor
Ariel Balter começou escrevendo, editando e editando, mudou de rumo para uma temporada no ramo da construção, depois voltou para a escola e obteve um PhD em física. Desde então, Balter é cientista profissional e professor. Ele tem uma vasta área de especialização, incluindo culinária, jardinagem orgânica, vida verde, comércio de construção verde e muitas áreas da ciência e tecnologia.