A força de tração geralmente se refere à força exercida sobre um objeto, como uma corda, corrente ou cabo, quando ele é submetido a uma força externa que tenta esticá-lo ou apertá-lo, tentando separar as moléculas que o mantêm unido.
Esta força de tensão atua na direção oposta à força aplicada para manter o objeto em equilíbrio.
A magnitude da força de tração depende do material e da geometria do objeto, bem como da força externa aplicada. Quando se trata de uma corda ou cabo idealmente inextensível, a força de tensão em qualquer ponto ao longo do seu comprimento é a mesma.
Se, por exemplo, você tiver uma corda horizontal presa em ambas as extremidades e pendurar um objeto no meio, a força de tensão na corda será igual em ambas as extremidades e no ponto onde o objeto está pendurado.
Fórmula de estresse
No caso de uma corda idealmente inextensível, a força de tração (T) pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
T = F / cos(θ)
Onde:
- T = Força de tensão na corda.
- F = Força externa aplicada na corda.
- θ = Ângulo entre a corda e a direção da força externa (ângulo de inclinação da corda).
Esta fórmula é válida para situações ideais, onde a corda é inextensível e não há considerações adicionais como atrito ou elasticidade do material.
Em situações mais complexas, a determinação da resistência à tração pode exigir uma análise mais detalhada e a consideração de outros fatores e leis, como a lei de Hooke para materiais elásticos.
Exemplos de forças de tensão
As forças de tensão são encontradas em vários contextos da nossa vida diária. Aqui estão alguns exemplos onde você pode observar esses tipos de forças:
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Cordas e cabos: quando você puxa uma corda ou cabo, seja para levantar um objeto, fechar uma porta ou rebocar um veículo, você está aplicando uma força de tração à corda ou cabo.
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Ponte suspensa: As pontes suspensas utilizam cabos para apoiar sua plataforma. Os cabos estão sujeitos a forças de tração que atuam para suportar o peso da plataforma e dos veículos que atravessam a ponte.
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O concreto reforçado com barras de aço é uma combinação engenhosa que aproveita a capacidade do aço de resistir às tensões de tração para compensar a baixa resistência à tração do concreto. Por outro lado, o concreto apresenta excelente resistência à compressão.
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Elevador: Em um elevador, o cabo que sustenta o carro e permite o movimento para cima e para baixo está sujeito a forças de tração para suportar o peso dos passageiros e do próprio carro.
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Linhas de transmissão elétrica: As linhas aéreas de energia que transportam energia elétrica das usinas para residências e empresas são compostas por cabos submetidos a forças de tensão para suportar o peso do cabo e dos condutores elétricos.
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Pipas: Quando você empina uma pipa, a corda que a segura fica sob tensão, permitindo que a pipa permaneça no ar.
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Pára-quedas: Os pára-quedas utilizados para a descida controlada de pessoas ou equipamentos também dependem da tensão em suas cordas para serem acionados e permanecerem estáveis durante a descida.
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Amarrações de barcos: Os barcos atracados usam cordas ou cabos chamados cabos de amarração para permanecerem presos ao cais, e esses cabos de amarração estão sujeitos a forças de tração devido a ondas e correntes.
Uso e aplicações de forças de tensão
A força de tensão está presente em nosso cotidiano e em diversas áreas da física e da engenharia.
Vejamos alguns de seus usos mais importantes:
- Estabilidade e equilíbrio: Em estruturas como pontes suspensas, a tensão nos cabos permite que a plataforma permaneça suspensa e suporte o peso dos veículos que atravessam. Sem esta força, a ponte não resistiria.
- Levantar e puxar: A tensão é fundamental ao levantar objetos, como em elevadores. Quando pressionamos o botão para subir, a corda aperta e permite a subida. Também é utilizado no reboque de veículos, onde a corda conecta um carro com problemas a outro veículo.
- Segurança de Engenharia: No projeto de edifícios e pontes, é crucial que os materiais possam suportar as forças de tração esperadas. Isso evita falhas estruturais e garante a segurança das pessoas.
- Esportes e recreação: Em atividades como escalada ou tiro com arco, a tensão nas cordas e arcos é essencial para a realização dessas atividades com segurança e eficácia.
- Transmissão de força: Nos sistemas de polias, a tensão nas cordas permite que objetos pesados sejam movidos com mais facilidade.
- Eletricidade e comunicação: Nas linhas de energia, a tensão é necessária para manter os cabos no lugar e garantir a transmissão eficaz de eletricidade e dados.
- Experimentos científicos: Na pesquisa, a tensão é medida para avaliar as propriedades dos materiais e sua resistência.
Medição de força de tração
A força de tração é medida diretamente pela aplicação de dispositivos ou instrumentos de medição adequados que possam capturar a magnitude da força exercida em uma corda, cabo ou material que está sob tensão.
Existem diferentes tipos de dispositivos e técnicas para medir a força de tração, e a escolha depende do contexto e do tipo de objeto ou material que está sendo avaliado. Alguns métodos comuns de medição da resistência à tração incluem:
- Dinamômetros : Dinamômetros são dispositivos portáteis que medem forças de tensão e compressão. Eles podem ser usados para medir a força de tensão em cordas, cabos ou elementos sob tensão.
- Células de carga : São sensores que medem a força aplicada em uma direção específica. Eles são usados em uma ampla variedade de aplicações, como pesagem de objetos, medição de força em máquinas industriais ou tensão em estruturas.
- Extensômetros : Esses dispositivos medem a deformação de um material sob tensão e a convertem em uma medida da força aplicada. Eles são comumente usados em testes de materiais para avaliar suas propriedades mecânicas.
- Máquinas de testes : Para avaliar as propriedades mecânicas dos materiais, são utilizadas máquinas de testes que aplicam forças controladas e medem a resposta do material sob tensão.
- Teste de carga : Na construção e na engenharia civil, o teste de carga é realizado em estruturas para medir sua capacidade de suportar forças de tensão e compressão.
Diferença da força de tensão superficial
Este conceito não deve ser confundido com o de tensão superficial.
A força de tensão superficial refere-se à força que atua na superfície de um líquido e que tende a reduzir sua área superficial ao mínimo possível. É uma propriedade física que se deve às forças coesivas entre as moléculas do líquido.
Numa superfície livre do líquido, como na interface entre o líquido e o ar, as moléculas dentro do líquido são atraídas para dentro devido a forças coesivas, resultando numa espécie de “pele” na superfície.
A tensão superficial é responsável por alguns fenômenos interessantes, como a formação de gotas e bolhas esféricas, uma vez que um formato esférico minimiza a área superficial e, portanto, minimiza a energia superficial do líquido.