A força de tensão 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 esticá-lo, tentando separar as moléculas que o mantêm unidos.
Essa força de tração 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. Para uma corda ou cabo idealmente inextensível, a força de tração em qualquer ponto ao longo de seu comprimento é a mesma.
Se, por exemplo, você tiver uma corda horizontal presa em ambas as pontas e pendurar um objeto no meio, a força de tensão na corda será igual nas duas pontas 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:
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T = Força de tração na corda.
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F = Força externa aplicada na corda.
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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 força de tração pode exigir uma análise mais detalhada e consideração de outros fatores e leis como a lei de Hooke para materiais elásticos.
Exemplos de Forças de Tração
As forças de tensão são encontradas em vários contextos de 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 usam cabos para sustentar sua plataforma. Os cabos estão sujeitos a forças de tensão que atuam para suportar o peso da plataforma e dos veículos que atravessam a ponte.
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O concreto armado com vergalhões de aço é uma combinação engenhosa que aproveita a capacidade do aço de resistir a tensões de tração para compensar a baixa resistência à tração do concreto. Em contraste, o concreto tem 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 é submetido a forças de tensão para suportar o peso dos passageiros e do próprio carro.
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Linhas de transmissão de energia: As linhas de energia aéreas que transportam energia de usinas para residências e empresas são compostas de cabos sujeitos 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 sustenta a pipa fica sob tensão, permitindo que a pipa fique no ar.
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Pára-quedas: Pára-quedas usados para a descida controlada de pessoas ou equipamentos também dependem da tensão em suas cordas para abrir e permanecer estável durante a descida.
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Amarrações de Navios: Os navios atracados utilizam cordas ou cabos chamados de amarras para ficarem presos ao píer, e esses cabos de amarração estão sujeitos a forças de tensão devido às ondas e correntes.
Uso e aplicações de forças de tração
A força de tensão é importante por várias razões fundamentais na física e em nossa vida diária:
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Estabilidade e equilíbrio : A força de tensão é essencial para manter a estabilidade e o equilíbrio de estruturas e objetos. Por exemplo, em uma ponte pênsil, a força de tração nos cabos permite que o tabuleiro da ponte permaneça suspenso e possa suportar o peso dos veículos que atravessam.
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Levantar e puxar : A força de tensão é usada para levantar objetos ou aplicar força de tração em uma variedade de situações, desde levantar um elevador até rebocar um veículo desativado.
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Segurança de engenharia : Em muitos projetos e construções, a força à tração é um aspecto crucial a ser considerado. Garantir que os materiais utilizados possam suportar as forças de tração esperadas é essencial para evitar falhas estruturais e garantir a segurança das pessoas.
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Esportes e recreação : Em atividades esportivas e recreativas, a força de tração desempenha um papel importante. Por exemplo, no uso de cordas em escalada, paraquedismo, kite ou tiro com arco, é necessária tensão para que essas atividades funcionem corretamente e com segurança.
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Transmissão de forças : Em muitos dispositivos mecânicos, a força de tensão é usada para transmitir forças entre os componentes. Por exemplo, nas polias, as cordas ou correias transmitem a força de tensão necessária para mover objetos ou máquinas.
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Eletricidade e comunicação : Em linhas de energia e cabos de comunicação, a força de tração é crucial para manter os cabos no lugar e garantir a transmissão efetiva de eletricidade ou dados.
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Experimentos científicos : Na pesquisa e experimentação científica, a força de tração é usada para medir e entender as propriedades dos materiais, avaliar a resistência das estruturas e determinar o comportamento físico.
Medição
A força de tensão é medida diretamente através da aplicação de dispositivos ou instrumentos de medição adequados que possam capturar a magnitude da força exercida em uma corda, cabo ou material 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 a ser avaliado. Alguns métodos comuns para medir a resistência à tração incluem:
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Dinamômetros : Os dinamômetros são dispositivos portáteis que medem as forças de tensão e compressão. Eles podem ser usados para medir a força de tração em cordas, cabos ou itens sob tensão.
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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.
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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 materiais de teste para avaliar suas propriedades mecânicas.
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Máquinas de ensaio : Para avaliar as propriedades mecânicas dos materiais, são utilizadas máquinas de ensaio que aplicam forças controladas e medem a resposta do material sob tensão.
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Testes de carga: Na construção e na engenharia civil, os testes de carga são realizados em estruturas para medir sua capacidade de suportar forças de tensão e compressão.
Diferença com a força da 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 tende a diminuir sua área superficial ao mínimo possível. É uma propriedade física que se deve às forças coesivas entre as moléculas do líquido.
Em uma superfície livre do líquido, como na interface entre o líquido e o ar, as moléculas dentro do líquido são atraídas para dentro devido às forças coesivas, resultando em uma espécie de “pele” na superfície.
A tensão superficial é responsável por alguns fenômenos interessantes, como a formação de bolhas e gotículas esféricas, pois uma forma esférica minimiza a área superficial e, portanto, minimiza a energia da superfície do líquido.
