O torque, também conhecido como torque, é um conceito fundamental no estudo da dinâmica e da engenharia mecânica que descreve a tendência de uma força girar um objeto em torno de um eixo.
Este fenômeno é de vital importância em diversas aplicações, desde simples motores e máquinas até estruturas arquitetônicas.
Definição e fundamentos básicos
O torque é definido como o produto de uma força aplicada e a distância do ponto de aplicação ao eixo de rotação.
Matematicamente, é expresso como
τ=r×F
Onde,
-
τ é o torque,
-
r é a distância do ponto de aplicação da força ao eixo de rotação, e
-
F é a força aplicada. A unidade padrão de torque no SI é o Newton-metro (Nm).
A direção do torque é determinada pela regra da mão direita. Se o polegar da mão direita for colocado ao longo do eixo de rotação e os dedos na direção da força aplicada, o torque será positivo se a rotação for no sentido anti-horário e negativo se for no sentido anti-horário.
Fórmula de cálculo
O cálculo do torque envolve não apenas a magnitude da força aplicada e a distância ao eixo de rotação, mas também o ângulo entre a linha de ação da força e a linha que liga o ponto de aplicação ao eixo de rotação.
A fórmula completa é
τ=r×F×sen(θ)
Onde
-
τ é o torque.
-
r é a distância do ponto de aplicação da força ao eixo de rotação.
-
F é a magnitude da força aplicada.
-
θ é o ângulo entre a linha de ação da força e a linha que liga o ponto de aplicação ao eixo de rotação.
Esta fórmula leva em consideração a componente perpendicular da força que contribui para o torque. Se a força for aplicada diretamente na direção do raio (sem componente perpendicular), o termo sen(θ) torna-se 0 e, portanto, o torque também será 0.
Torque resultante
O torque resultante é a soma algébrica de todos os torques individuais que atuam em um objeto.
Quando múltiplas forças exercem torque em diferentes direções, é crucial calcular o torque resultante para compreender o efeito combinado no objeto em rotação. Este momento resultante é obtido somando ou subtraindo os momentos de torque individuais, levando em consideração sua direção e magnitude. A consideração precisa desses momentos é essencial em engenharia e física para prever o comportamento de estruturas, máquinas e sistemas rotativos.
A fórmula básica para calcular o torque resultante é
resultante τ =∑τ i
Onde,
τ i representa cada momento de torque individual.
Relação entre torque e aceleração angular
A relação entre torque (τ) e aceleração angular (α) é descrita pela segunda lei de Newton para rotação. A equação fundamental é τ=I×α. Onde I é o momento de inércia do objeto em rotação.
Esta relação afirma que o torque aplicado a um objeto é igual ao produto do seu momento de inércia e a aceleração angular resultante. Em outras palavras, a magnitude do torque determina a rapidez com que um objeto irá girar.
Um torque maior exigirá maior aceleração angular para manter a equação equilibrada, destacando a interconexão essencial entre a força aplicada e a resposta rotacional de um objeto.
Exemplos de aplicações práticas
Aqui estão alguns exemplos de torques em situações cotidianas e aplicações práticas:
- Chave inglesa: quando você aplica força a uma chave inglesa para apertar ou afrouxar um parafuso, você está gerando um torque. A distância do ponto de aplicação da força ao eixo de rotação (o parafuso) e a força aplicada determinam o torque.
- Portas: Ao abrir ou fechar uma porta, você aplica um torque nas dobradiças. A força que você aplica na borda da porta e a distância da borda às dobradiças determinam o torque.
- Exercício com pesos: Ao levantar um peso com uma barra, você está gerando momentos de torque. A distância do eixo de rotação (articulação do cotovelo) até onde você segura a barra, multiplicada pela força gravitacional que atua sobre o peso, determina o torque.
- Parafusos e porcas: Ao apertar um parafuso com uma chave inglesa, a força aplicada e a distância do eixo de rotação (eixo do parafuso) geram um torque que fixa a junta.
- Braço humano: quando você levanta o antebraço no ar, os músculos aplicam um torque ao redor da articulação do cotovelo. A distância do cotovelo até onde a força é aplicada e a própria força determinam esse torque.
