Física e Planeta: Física Aplicada - Princípio das Alavancas

Estática do Corpo Extenso - Alavancas

Uma barra rígida, que pode ser reta ou curva, móvel em torno de um de seus pontos chamado fulcro ou ponto de apoio (A).

O ganho mecânico proporcionado pelas ferramentas deve-se a uma grandeza física definida como TORQUE.

T = F x d

Onde d é o braço de alavanca, distância entre a linha de ação da força e o eixo de rotação adotado e F representa o módulo da força.

Notas:

1-O Torque é também chamado de MOMENTO, deve-se, entretanto, evitar esse último termo, já que existem outras grandezas físicas que usam essa denominação. Exemplos: Momento Linear, Momento Angular, Momento de Inércia.

2- O Torque é uma grandeza vetorial, no entanto, iremos dar mais atenção a sua aplicabilidade no dia a dia, não mencionando maiores detalhes.

3-A unidade de Torque no Sistema Internacional é N.m

Equilíbrio de Corpos Extensos

Para que um corpo rígido esteja em equilíbrio, além de não se mover aceleradamente, este corpo não pode girar. Por isso precisa satisfazer duas condições:

1.A resultante das Forças deve ter módulo zero. (Equilíbrio Translacional)

2.A resultante dos Torques aplicadas ao corpo deve ser nula. (Equilíbrio Rotacional)

Exemplo:

Imagine dois blocos de massas diferentes sobre uma barra, a mesma encontra-se apoiada. Para que a barra esteja em equilíbrio, deveremos ter:

1) Fres = O

P₁ + P₂ = R_a, onde P₁, representa o peso do bloco 1, P₂, representa o peso do bloco 2 e R_a, a reação do apoio.

2) Tres = 0

Importante:

Uma vez adotado o eixo de rotação, concentre-se no efeito do torque de cada força. O torque de P₁ produziria uma rotação no sentido anti-horário, já o torque de P₂, produziria uma rotação no sentido horário. Para que não haja rotação, conclui-se:

P₁. d₁ = P₂ . d₂

onde d₁, representa o braço de alavanca da força P₁ e d₂ representa o braço de alavanca da força P₂.

Nota:

1-Deve-se perceber que P₁ e P₂ não atuam na barra, no entanto, são iguais em módulo a força normal, ou seja, a expressão mais correta seria:

N₁. d₁ = N₂ . d₂

2 – O torque gerado pela Ra é zero, já que a distância entre a linha de ação dessa força e o eixo de rotação adotado é zero.

Exemplos de Alavancas

PORTAS

Podemos ver uma aplicação desse conceito na analise do movimento de rotação de uma porta. Se fizermos uma força F₁ na porta (veja figura) ela tende a girar no sentido dessa força. O braço dessa força é a distância b₁. O TORQUE dessa força, t₁, é F₁ x b₁. Se outra pessoa fIzer uma força F₂ no sentido oposto, com um braço b₂, o TORQUE dessa força, T₂, é F₂ x b₂. Se T₁ = T₂, a porta não irá girar, ou seja, dizemos que ela ficará em equilíbrio.

Calcule

Se na figura anterior F₁ é igual a 40 N e b₁ é igual 20 cm, que valor deverá ter F₂, para a porta não girar? Considere a largura da porta, b₂, igual a 80 cm.

MARTELO

O martelo é uma alavanca, onde o funcionamento é de simples visualização:

A força aplicada pela pessoa é F₁, produz um torque dado pela expressão: F₁.d₁, a força aplicada pelo prego sobre o martelo é F₂, produzindo um torque dado pela expressão: F₂.d₂,

Como o torque resultante deve ser zero; teremos:

F₁. d₁ = F₂ . d₂

Sendo d₁ › d₂, teremos: F₁ ‹ F₂, ou seja, o operador retira o prego com certa facilidade.

Note que se a intensidade de F₂ é grande, a reação de F₂ – martelo puxando o prego – também será grande.

CARRINHO DE MÃO

O carrinho de mão é mais um exemplo de alavanca.

A força aplicada pela pessoa é F₁, produz um torque dado pela expressão: F₁.d₁, esse torque tende a fazer o carrinho girar no sentido horário, o peso da carga é P, produzindo um torque dado pela expressão: P.d₂,

Como o torque resultante deve ser zero; teremos:

F₁. d₁ = P₂ . d₂

Sendo d₁ › d₂, teremos: F₁ ‹ P₂, ou seja, o pedreiro transporta a carga sem tanto esforço.

Judô

Veja na figura abaixo, a força peso do atleta que está sendo golpeado, não produz torque, já que o braço de alavanca dessa força, passa pelo centro de massa do outro atleta, dessa forma, a força F será suficiente para produzir a rotação. No segundo caso, o golpe não está bem encaixado, a força peso gera uma alavanca, dificultando bastante a execução do golpe.

Link interessante: http://www.judoclubesolnascente.com.br/a_fisica_do_judo.pdf

JIU JITSU

Observe o belo arm-lock aplicado por Royce Gracie em uma de suas lendárias lutas no UFC. Neste caso o ponto de apoio é o cotovelo do oponente. Para se defender, ele usará basicamente a musculatura do bíceps e antebraço, que por sua vez se encontram próximas ao ponto de apoio (no caso o cotovelo). Royce por sua vez, coloca seu quadril sobre o cotovelo e aplica sua força em dois pontos distantes deste ponto de apoio: o ombro e o punho do adversário. Isso cria uma força enorme, que se torna impossível de se contrabalancear, forçando o advesário a desistir para não sofrer uma lesão na articulação.

Neste caso específico, além da alavanca o que ajuda o lutador de jiu-jitsu é o uso de uma grande gama muscular no golpe. A musculatura da coxa, lombar, abdominal e dorsal são utilizadas contra basicamente a musculatura do bíceps do oponente. É finalização certa.

Este é só um exemplo dos vários golpes, imobilizações, raspagens e finalizações que empregam este princípio no jiu-jitsu.

FONTE: http://www.sardinhajiujitsu.com.br/profiles/blogs/o-que-e-o-principio-da