Considere um quadro retangular cuja distribuição de massa é uniforme. Existem 3 possíveis pontos
e
para pendurar esse quadro (com palavras de sabedoria) em uma parede. Calcule os torques em relação a cada um desses 3 pontos para mostrar e discutir o que acontecerá com o quadro em cada caso.
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que a pergunta está pedindo. Temos um quadro retangular com distribuição de massa uniforme, ou seja, a massa está distribuída igualmente por todo o quadro. Existem três pontos diferentes (A, B e C) onde podemos pendurar esse quadro na parede. Nosso objetivo aqui é calcular os torques em relação a cada um desses pontos para entender como o quadro vai se comportar quando pendurado em cada posição.
Para resolver isso, vamos precisar entender o conceito de torque na física, que é uma medida de como uma força pode causar rotação em um objeto em torno de um ponto específico. A fórmula do torque (
) é dada por:
Onde:
-
é a distância entre o ponto de rotação (onde o quadro está pendurado) e o ponto onde a força é aplicada (centro de massa do quadro). -
é a força aplicada, que, neste caso, é o peso do quadro.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar onde está o centro de massa do quadro. Como a distribuição de massa é uniforme e o quadro é retangular, o centro de massa estará exatamente no centro geométrico do quadro.
Agora, para cada ponto de suspensão (A, B e C), vamos calcular a distância
entre esse ponto e o centro de massa. Essa distância vai nos ajudar a determinar o torque em cada caso.
Vamos supor que o quadro tenha uma largura
e uma altura
. Assim, se pendurarmos o quadro em diferentes pontos:
- Ponto A: Suponha que seja um dos cantos superiores do quadro.
- Ponto B: Suponha que seja o centro superior do quadro.
- Ponto C: Suponha que seja um dos cantos inferiores do quadro.
Passo 3
Vamos calcular o torque em cada ponto de suspensão.
Para o Ponto A:
- A distância do ponto A ao centro de massa é metade da largura e metade da altura, formando um triângulo retângulo. Então, usamos o teorema de Pitágoras:
- O torque será:
Onde
é a massa do quadro e
é a aceleração da gravidade.
Para o Ponto B:
- O ponto B está diretamente acima do centro de massa, então a distância horizontal é zero.
- Portanto, o torque será:
Isso significa que não haverá torque, e o quadro ficará estável sem rotacionar.
Para o Ponto C:
- Similar ao ponto A, a distância do ponto C ao centro de massa também é:
- O torque será:
Passo 4
Agora que calculamos os torques para cada ponto, vamos analisar o que isso significa para a estabilidade do quadro.
-
Ponto A e Ponto C: Ambos têm um torque diferente de zero, o que significa que haverá uma tendência para que o quadro rotacione até que o torque se anule. Isso pode fazer com que o quadro não fique nivelado ou até caia, dependendo da força do torque e da fixação na parede.
-
Ponto B: O torque é zero, indicando que não há tendência de rotação. Isso significa que o quadro ficará estável e nivelado quando pendurado nesse ponto.
Resposta
Ao pendurar o quadro:
- Nos pontos A e C, o torque é
, resultando em instabilidade e possível rotação do quadro. - No ponto B, o torque é
, garantindo que o quadro permaneça estável e nivelado na parede.