Introdução ao torque

RKA1JV Bem-vindo à apresentação sobre torque. Se você já assistiu à apresentação sobre o centro de massa, deve ter percebido que já tratamos, mesmo que de relance, sobre torque, e agora, vamos falar mais detalhadamente. Então, a partir do vídeo sobre centro de massa, aprendemos que se esta é uma régua e se esse é o centro de massa da régua, se eu aplicasse uma força no centro de massa, eu aceleraria a régua inteira na direção da força. Se eu tiver a força aplicada no centro de massa ali, a régua toda aceleraria nessa direção e descobrimos isso pegando a força que estamos lhe aplicando e dividindo pela massa da régua. Nesse vídeo sobre o centro de massa, eu deduzo o que acontece se a força fosse aplicada aqui fora do centro de massa. Nessa situação, o objeto, assumindo que é um objeto flutuante livre em um ônibus espacial ou algo assim, ele vai girar em torno do centro de massa. E isso também é verdade, se nós não usássemos o centro de massa mas, em vez disso, fixássemos o ponto. Digamos que eu tenha outra régua que tenha menos altura que a anterior, em vez de se preocupar com o seu centro de massa, vamos dizer que ela está fixada em um ponto aqui, vamos dizer que ela está fixada aqui, então, isso poderia ser o ponteiro de um relógio e ele está pregado nas costas do relógio ali. Se estivéssemos tentando girá-lo, ele sempre giraria ao redor desse ponto. E a mesma coisa iria acontecer. Se eu aplicasse uma força nesse ponto, eu poderia quebrar o prego detrás do relógio ou algo assim, mas se eu aplicasse uma força aqui, eu iria girar a régua em torno do ponto de pivô. Essa força que é aplicada a uma distância do ponto de pivô ou poderíamos dizer o eixo de rotação ou o centro de massa, isso é chamado de torque. E torque, a letra para torque é essa letra grega, acho que é tau (τ), é um "t" curvilíneo. E o torque é definido como força vezes distância. E que força e que distância ele tem? É a força que está perpendicular ao objeto, eu acho que você poderia dizer perpendicular ao vetor de distância. Se esse é o vetor de distância, deixe-me fazê-lo em uma cor diferente. Se esse, então, é o vetor de distância, a componente da força é perpendicular a esse vetor, e esse é torque. Então, quais são suas unidades? A força é newtons, e a distância é metros, então, isso é metros newton. E você, nesse ponto, deve estar pensando: "Espere, newtons vezes metro, força vezes distância, isso parece muito com o trabalho". E é muito importante perceber que isso não é trabalho, e é por isso que não vamos chamar isso de joules, porque, em trabalho, o que estamos fazendo? Estamos transladando um objeto. Se esse é um objeto e estou aplicando uma força, eu estou pegando uma força sobre distância da mesma direção que a força, aqui, a distância e a força estão paralelas uma a outra, você poderia dizer que o vetor de distância e o vetor de força estão na mesma direção. Todo o objeto está se movendo, ele não está girando nem nada assim. Na situação de torque, deixe-me mudar as cores, o vetor de distância, essa é a distância do fulcro ou ponto de pivô centro de massa para onde estou aplicando a força. Esse vetor de distância é perpendicular à força que está sendo aplicada. Então, torque e trabalho são basicamente duas coisas diferentes mesmo que suas unidades sejam as mesmas. Isso é um pouco de notação, essa distância é, muitas vezes, chamada de distância do braço da força. Eu não sei de onde isso veio, talvez um de vocês possa escrever isso em uma mensagem dizendo de onde ela veio. Muita vezes, em algumas de suas aulas de Física eles chamam um torque de momento, mas vamos lidar com o termo torque, isso é mais divertido porque, afinal, podemos entender alguns conceitos como potência torque em carros. Então, vamos fazer um pouco de matemática e espero que eu tenha lhe dado um pouco de intuição. Bem, vamos dizer que eu tinha essa régua, e vamos dizer que esse aqui é o seu ponto de pivô, então ela giraria ao redor desse ponto, está pregado na parede ou algo assim. Vamos dizer que eu aplico uma força, vamos dizer, a distância braço de momento. Então, vamos dizer que essa distância, deixe-me fazê-la em uma cor diferente, vamos dizer que ela está bem aqui, é de 10 metros. Se eu aplicasse uma força de 5 newtons perpendicular ao vetor de distância ou a dimensão do braço de momento, você pode ver isso de outro jeito, portanto, torque é muito fácil nessa situação. O toque vai ser igual à força, 5 newtons, vezes a distância 10, portanto seria 50 metros newton. Provavelmente, você está dizendo: "Bem, como que eu sei que esse torque será positivo ou negativo?" Este é o lugar onde existe apenas uma convenção geral qualquer na Física, e é bom saber. Se você está girando no sentido horário, o torque é negativo, se você estivesse girando no sentido anti-horário, como estávamos nesse exemplo, a direção contrária da qual um relógio se move, o torque seria positivo. Se você girar no sentido horário, do outro lado, o torque é negativo. Bom, eu não vou entrar nesse ponto em um produto vetorial em álgebra linear de torque agora, porque eu acho que isso está um pouco fora do escopo, mas vamos fazer isso, uma vez que fizermos Física matematicamente mais intensa. Existe um torque de 50 newtons metro e esse é todo o torque que está agindo sobre esse objeto, portanto ele vai girar nessa direção. Nesse ponto, ainda não temos todas as ferramentas para descobrirmos com que velocidade ele irá girar, mas sabemos que ele vai girar. Mas e se eu dissesse que o objeto não está girando e que eu tenho uma outra força agindo aqui? Vamos dizer que essa força é, não sei, deixe-me inventar alguma coisa, isso é 5 metros para esquerda do pivô. Se eu dissesse que esse objeto não gira. Então, se eu lhe disser que o objeto não está girando, significa que o torque resultante nessa régua deve ser zero, porque não está, sua taxa de variação da rotação não está mudando, eu devo ser exato. Se eu estou aplicando uma força aqui e ainda não está girando, então, sabemos que o torque resultante sobre esse objeto é zero. Então, qual é a força que está sendo aplicada aqui? Bem, qual é o torque resultante? É esse, o toque que já descobrimos, ele está indo no sentido horário, portanto é 5, deixe-me fazer uma cor mais clara, 5 vezes 10. Então, o toque resultante, a soma de todos os torques tem que ser igual a zero. Então, qual é esse torque? Vamos chamar isso de "F", essa é a força, então mais. Esta é a força que está agindo em qual direção? Sentido horário ou anti-horário? Bem, ele está agindo no sentido horário, essa força quer fazer a régua girar nesse sentido, portanto, esse na verdade vai ser um torque negativo. Então, vamos dizer que eu coloque um número negativo aqui, vezes "F", vezes sua distância de braço de momento, vezes 5, e tudo isso tem que ser igual a zero. O torque resultante é zero porque a taxa de variação da rotação do objeto não está mudando, ou, se ele começou sem girar, ainda não está girando, então, aqui nós temos 50 menos 5F igual a zero. Isso é 50 igual a 5F, "F" igual a 10, Se seguirmos as unidades por completo, nós teríamos "F" igual a 10 newtons. Então, isso é interessante, eu apliquei o dobro da força na metade da distância, isso deslocou a metade da força na metade da distância, isso tudo deve se conectar ou começar a se conectar com que já falamos sobre vantagem mecânica. Você poderia ver isso do outro jeito. Vamos dizer que esse cara que está aplicando 10 newtons, ele é muito mais forte, ele é duas vezes mais forte que esse cara aqui, mas porque esse cara está duas vezes mais longe do ponto de pivô, ele equilibra o outro cara. Você pode ver isso como esse cara tendo alguma vantagem mecânica, ou, tendo uma vantagem mecânica de 2. Assista os vídeos sobre vantagem mecânica se isso te confunde um pouco, mas é aqui que o torque é útil porque, se a taxa de rotação de um objeto não está mudando, você sabe que o torque resultante sobre esse objeto é zero, e você pode resolver as forças ou as distâncias. Bom, estou prestes a ficar sem tempo, por isso, vejo você no próximo vídeo!