- Identificar, pelo menos, quatro forças externas conhecidas e classificá-las conforme estabelecido na Parte 1:
✓ Força de superfície ou força de corpo?
✓ Força concentrada, distribuída por metro, distribuída por metro quadrado ou momento concentrado?
✓ Força concentrada, distribuída por metro, distribuída por metro quadrado ou momento concentrado?
Passo 1
O enunciado pede que eu identifique pelo menos quatro forças externas conhecidas e as classifique, para cada uma, segundo duas perguntas:
-
Força de superfície ou força de corpo? -
É força concentrada, distribuída por metro, distribuída por metro quadrado ou momento concentrado?
Não há outros dados numéricos: a tarefa é conceitual e pede exemplos familiares (peso, cargas em vigas, pressão, momento, etc.). Vou listar as informações que vou usar (conceitos básicos e unidades) antes de classificar cada força.
Passo 2
Explicando os conceitos básicos (para não pular etapas):
- O que é uma força de superfície?
- Força aplicada na fronteira do corpo (contato com outro corpo, pressão em uma parede, reação numa superfície). Geralmente é descrita por uma densidade de força por área; unidade típica:
(se for pressão) ou, em problemas 1D/modelo de viga, por densidade linear .
- Força aplicada na fronteira do corpo (contato com outro corpo, pressão em uma parede, reação numa superfície). Geralmente é descrita por uma densidade de força por área; unidade típica:
- O que é uma força de corpo?
- Força que atua em cada ponto do volume do corpo (ex.: gravidade atuando sobre toda a massa). Representa-se por uma densidade volumétrica de força; unidade típica:
.
- Força que atua em cada ponto do volume do corpo (ex.: gravidade atuando sobre toda a massa). Representa-se por uma densidade volumétrica de força; unidade típica:
- O que é força concentrada vs força distribuída vs momento concentrado?
- Força concentrada: toda a força é idealizada aplicada num único ponto; unidade
. - Força distribuída por metro: força ao longo de uma linha (ex.: carga distribuída sobre uma viga); unidade
. - Força distribuída por metro quadrado: força aplicada sobre uma superfície (pressão); unidade
. - Momento concentrado (casal): não é uma força, é um momento aplicado num ponto; unidade
.
- Força concentrada: toda a força é idealizada aplicada num único ponto; unidade
Passo 3
Como identificar rapidamente em prova (regra prática):
- Pergunte de onde a ação surge: se vem do peso interno do material → provavelmente força de corpo; se vem do contato/pressão numa face → força de superfície.
- Verifique unidades:
força concentrada; distribuída linear; distribuída superficial; distribuída volumétrica (body force); momento.
Isso é útil para classificar rápido durante a prova.
Passo 4
- Descrição: a força da gravidade atua em cada partícula do corpo; para um elemento infinitesimal de volume
com massa a força infinitesimal é , onde é densidade e a aceleração da gravidade. - Classificação segundo a primeira pergunta: é uma força de corpo (atua ao longo de todo o volume).
- Classificação segundo a segunda pergunta: é uma força distribuída volumetricamente, isto é, distribuída por volume com densidade
e unidade . Observação prática: em muitos problemas substitui-se pela resultante (peso total) como uma força concentrada aplicada no centro de massa, mas a natureza física é de força de corpo distribuída por volume.
Passo 5
- Descrição: por exemplo, um peso pendurado por um ponto da viga ou uma reação de apoio idealizada num ponto. É a idealização matemática de uma força que age num ponto.
- Classificação segundo a primeira pergunta: é, na modelagem usual, uma força aplicada na superfície/contato (ou idealizada na linha do corpo), portanto tratamos como força de superfície/externa aplicada em um ponto do corpo (no sentido de aplicação externa).
- Classificação segundo a segunda pergunta: é uma força concentrada com unidade
. Dica: na prova muitas vezes a carga real é aplicada numa pequena área, mas modela-se como concentrada para simplificar.
Passo 6
- Descrição: por exemplo, o peso próprio de um revestimento fino sobre uma viga ou uma carga de neve distribuída linearmente. Representa-se por uma densidade linear
(força por comprimento). - Classificação segundo a primeira pergunta: costuma ser tratada como força de superfície (resultado de pressão sobre a face superior da viga), mas, na modelagem 1D da viga, é apresentada como densidade linear aplicada ao eixo (idealização).
- Classificação segundo a segunda pergunta: é uma força distribuída por metro, unidade
. Observação útil em prova: o resultado total é e sua linha de ação fica no centro geométrico do trecho (para uniforme).
Passo 7
- Descrição: pressão do fluido que atua normalmente sobre cada ponto de uma superfície submersa; valor local
(por exemplo ). - Classificação segundo a primeira pergunta: é claramente uma força de superfície (atua sobre a superfície de contato com o fluido).
- Classificação segundo a segunda pergunta: é uma força distribuída por metro quadrado, ou seja, densidade superficial com unidade
. Em cálculos, integra-se sobre a área para obter a resultante.
Passo 8
- Descrição: por exemplo, o torque aplicado por um motor numa árvore ou um casal aplicado numa viga; representa um momento aplicado em um ponto/linha.
- Classificação segundo a primeira pergunta: um momento puro não é uma força de corpo no sentido clássico, mas é uma ação externa aplicada ao corpo (costuma-se associar a aplicação no contorno/suporte). Para efeitos de classificação: trata-se de uma ação de contorno (superfície/apoio) representada por um casal concentrado.
- Classificação segundo a segunda pergunta: é um momento concentrado com unidade
. Em equações de equilíbrio entra como um termo de momento.
Passo 9
- Sempre cheque a origem física: gravidade → body force; contato/pressão → surface force.
- Olhe as unidades:
, , , , resolvem a dúvida na hora. - Lembre-se: é aceitável no enunciado substituir uma distribuição por sua resultante (por exemplo, substituir
distribuído por volume por aplicado no centro de massa), mas na classificação conceitual indique sempre a natureza original (corpo vs superfície).
Resposta
Peso (gravidade): Força de corpo; distribuída por volume (
).
Carga pontual (ponto): Força de superfície/externa (idealizada no ponto); força concentrada ( ).
Carga uniformemente distribuída em viga (q): Força de superfície (modelo 1D); distribuída por metro ( ).
Pressão hidrostática sobre uma parede: Força de superfície; distribuída por metro quadrado ( ).
Momento concentrado (casal): Ação externa aplicada no contorno (não é força linear); momento concentrado ( ).
Carga pontual (ponto): Força de superfície/externa (idealizada no ponto); força concentrada (
Carga uniformemente distribuída em viga (q): Força de superfície (modelo 1D); distribuída por metro (
Pressão hidrostática sobre uma parede: Força de superfície; distribuída por metro quadrado (
Momento concentrado (casal): Ação externa aplicada no contorno (não é força linear); momento concentrado (