Faculdade de Física: OpenStax

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Resumo

  • Estado a primeira condição de equilíbrio.
  • explicar o equilíbrio estático.
  • explicar o equilíbrio dinâmico.

a primeira condição necessária para alcançar o equilíbrio é a já mencionada: a força externa líquida no sistema deve ser zero. Expressa como uma equação, isto é simplesmente

\boldsymbol{\textbf{net F}=0}

Note que se o net\boldsymbol{F}é zero, então o líquido externo vigor em qualquer direção é zero. Por exemplo, as forças externas líquidas ao longo dos eixos X e y típicos são zero. Este é escrito como

\boldsymbol{\textbf{net }F_x=0\textbf{ e }F_y=0}

Figura 1 e Figura 2 ilustram situações onde\boldsymbol{\textbf{net }F=0}, tanto para o equilíbrio estático (sem movimento), e equilíbrio dinâmico (velocidade constante).

na figura, um homem estacionário está de pé no chão. Tem os pés afastados. As mãos estão na cintura. O lado esquerdo é rotulado como net F é igual a zero. No lado direito, um diagrama de corpo livre é mostrado com um ponto e duas setas, uma verticalmente para cima rotulada como N e outra verticalmente para baixo rotulada como W, a partir do ponto.
Figura 1. Esta pessoa imóvel está em equilíbrio estático. As forças que atuam sobre ele somam-se a zero. Ambas as forças são verticais neste caso.
um carro em movimento é mostrado. São mostrados quatro Vectores normais em cada roda. Na roda traseira, uma seta para a direita marcada como F aplicado é mostrado. Outra seta, que é rotulado como f e pontos à esquerda, em direção à frente do carro, também é mostrado. Um vetor verde no topo do carro mostra o vetor de velocidade constante. Um diagrama de corpo livre é mostrado à direita com um ponto. A partir do ponto, o peso do carro é para baixo. O vetor de força de atrito f é para a esquerda e o vetor de força aplicado para a direita. Quatro vetores normais são mostrados para cima acima do ponto.
Figura 2. Este carro está em equilíbrio dinâmico porque se move a velocidade constante. Existem forças horizontais e verticais, mas a força externa líquida em qualquer direção é zero. A força aplicada Fapp entre os pneus e a estrada é equilibrada pelo atrito do ar, eo peso do carro é suportado pelas forças normais, aqui mostrado ser igual para todos os quatro pneus.

no entanto, não é suficiente que a força externa líquida de um sistema seja zero para que um sistema esteja em equilíbrio. Considere as duas situações ilustradas na Figura 3 e na Figura 4 onde as forças são aplicadas a um taco de hóquei no gelo deitado no gelo. A força externa líquida é zero em ambas as situações mostradas na figura; mas em um caso, o equilíbrio é alcançado, enquanto no outro, não é. Na Figura 3, o taco de hóquei no gelo continua imóvel. Mas na Figura 4, com as mesmas forças aplicadas em diferentes lugares, a vara experimenta rotação acelerada. Portanto, sabemos que o ponto em que uma força é aplicada é outro fator para determinar se o equilíbrio é ou não alcançado. Isto será explorado mais adiante na próxima seção.

um stick de hóquei é mostrado. No ponto médio da vara, dois vectores de força coloridos vermelhos são mostrados um apontando para a direita e o outro para a esquerda. A linha de ação das duas forças é a mesma. O topo da figura é rotulado como força líquida F é igual a zero. No lado inferior direito é mostrado o diagrama do corpo livre, um ponto com dois vetores horizontais, cada um rotulado F e direcionado para longe do ponto.
Figura 3. Um taco de hóquei no gelo deitado no gelo com duas forças horizontais iguais e opostas aplicadas a ele. O atrito é insignificante, e a força gravitacional é balanceada pelo suporte do gelo (uma força normal). Assim, net F = 0. O equilíbrio é alcançado, o que é equilíbrio estático neste caso.
Um stick de hóquei é mostrado. Os dois vetores de força atuando no hockey stick são mostrados, um apontando para a direita e o outro para a esquerda. As linhas de ação das duas forças são diferentes. Cada vetor é rotulado como F. No topo e no fundo do pau há duas setas circulares, mostrando a direção da rotação no sentido horário. No lado inferior direito é mostrado o diagrama do corpo livre, um ponto com dois vetores horizontais, cada um rotulado F e direcionado para longe do ponto.
Figura 4. As mesmas forças são aplicadas em outros pontos e o bastão gira—na verdade, ele experimenta uma rotação acelerada. Aqui net F = 0 mas o sistema não está em equilíbrio. Assim, a rede F = 0 é uma condição necessária—mas não suficiente-para alcançar o equilíbrio.

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Figura 5. Torque
  • a Estática é o estudo das forças em equilíbrio.
  • duas condições devem ser cumpridas para alcançar o equilíbrio, que é definido como movimento sem aceleração linear ou rotacional.
  • a primeira condição necessária para alcançar o equilíbrio é que a força externa líquida no sistema deve ser zero, de modo que\boldsymbol{\textbf{net }F=0}.

Questões Conceituais

1: o Que você pode dizer sobre a velocidade de um corpo em movimento, que está em equilíbrio dinâmico? Desenhe um esboço de tal corpo usando setas claramente rotuladas para representar todas as forças externas no corpo.

2: em que Condições um corpo rotativo pode estar em equilíbrio? Dê um exemplo.

Glossário

equilíbrio estático de um estado de equilíbrio em que a externa líquida força e torque atuando em um sistema é igual a zero equilíbrio dinâmico de um estado de equilíbrio, em que o líquido externo de força e torque em um sistema movendo-se com velocidade constante são zero

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