Equilíbrio do ponto material e dos corpos rígidos

O equilíbrio do ponto material e o equilíbrio dos corpos rígidos são partes do estudo da estática, porém, antes de falarmos sobre os dois tópicos, precisamos esclarecer um pouco sobre o que é estática e outros detalhes. Primeiramente, vamos entender que estática é um elemento dos estudos da física, precisamente da parte da mecânica que estuda a matéria que não se move, ficam estáticos por assim dizer.

Pelas Leis de Newton, o fato de não existir movimento de um corpo é um caso especial de aceleração nula, onde todas as forças que estão em atividade entram em equilíbrio. O estudo da estática procura explicar algumas determinadas perguntas como: por que quando penduramos um quadro, ele precisa ser colocado exatamente no meio? Por que um prédio, mesmo com toda a sua força de massa e influência de fenômenos externos (vento, chuva etc.) continua mantendo se intacto?

Equilíbrio do Ponto Material

Um ponto material é definido quando toda a dimensão de um corpo não interfere no resultado final. Basicamente na estática, o ponto material é um corpo pequeno o bastante para que possa ser verificado que todas as forças que atuam sobre ele se cruzam num mesmo ponto. Para que esse ponto material fique equilibrado, é necessário que a soma vetorial das forças seja nula. Vejamos alguns exemplos:

• Exemplo 1:

Imagine que seja necessário estudar a trajetória que um nadador de saltos ornamentais faz em uma plataforma de 15 m, por exemplo. Lembrando que trajetória na física é definida como uma linha que se forma pela união de todas as posições ocupadas por um corpo enquanto ele se movimenta. Neste caso, não seriam estudados os movimentos que ele faz, e nem analisados o tamanho do nadador, mas sim o centro de massa do atleta.

• Exemplo 2:

A própria Terra e os estudos dos seus movimentos, visto a distância dela e dos demais corpos celestes que torna suas dimensões desprezíveis, pode ser considerados como um ponto material. Mas isso só poderia acontecer se nenhum outro corpo celeste chegasse perto da Terra, pois, neste caso, seria necessário considerar o tamanho e estrutura da Terra.

• Exemplo 3:

Um automóvel percorre uma distância que equivale de Pernambuco a Curitiba. Neste caso, o automóvel é considerado um ponto material, pois o tamanho da trajetória que ele fará é muito superior ao seu próprio tamanho, portanto não fara diferença.

• Exemplo 4:

Um navio que atravessa o Oceano Pacífico vira uma partícula se compará-lo com o tamanho do Oceano. Basicamente, concluímos que, por ser minúsculo em comparação ao oceano, o navio não afeta que algum possível estudo seja feito.

Equilíbrio dos Corpos Rígidos

Corpos rígidos têm essa qualidade por serem objetos que não conseguem ser descritos apenas por um ponto. Basicamente, o conceito de um corpo rígido é definido como sendo um objeto sólido onde as distâncias entre dois pontos continuam constantes mesmo que forças externas e forças internas estejam agindo sobre o objeto. Para que possa ser definido o equilíbrio de corpos rígidos, é preciso que dois conceitos sejam estabelecidos.

• Primeiro o conceito de Centro de Massa:

Um corpo rígido pode ser avaliado como uma espécie de sistema de partículas, onde cada partícula tem sua própria massa. A soma de cada massa de cada partícula é a massa total do corpo. Considerando que o centro da massa é o ponto onde está concentrada toda a massa do corpo. Para corpos simétricos, onde há uma distribuição igual de massa, o centro da massa é o centro do corpo, como, por exemplo, cubos perfeitos. Para os outros tipos de corpos, o cálculo do centro da massa é estabelecido pela média aritmética ponderada das distâncias de cada ponto.

• Segundo o Momento de Uma Força:

Também conhecida como Torque, o momento de uma força é quando um corpo adquire movimentos tanto de rotação, quanto de translação quando é atingido por forças não nulas. Basicamente, o momento de uma força é o fato de uma força ser responsável por um determinado corpo girar. Um exemplo é quando alguém tenta abrir uma porta. Para isso, ela terá que fazer mais força no local oposto a dobradiça. O momento da força é igual a força e a distância da aplicação se ligado ao ponto de giro. Para calcular o Momento da Força, usamos o sistema internacional N.m (Newton-metro).

Usamos alguns símbolos para definir os componentes do cálculo do Momento da Força, essencialmente definimos o Módulo do Momento Da Força com a letra M, a letra F é o Módulo da Força e a letra D é igual a distância entre a utilização da força e o ponto de giro. Se a força aplicada for perpendicular à distância o momento será máximo, se a força aplicada for paralela à distância o momento é considerado nulo. E também definimos que o Momento da Força é positivo se o corpo girar no sentido anti-horário, agora se girar no sentido horário é negativo.