Momentos de força, também conhecidos como torques, são um conceito fundamental na física que se refere à capacidade de uma força produzir rotação em torno de um ponto ou eixo fixo.
Ou seja, os momentos de força explicam como uma força pode fazer com que um objeto gire em vez de simplesmente se mover em linha reta.
Agora vamos nos aprofundar um pouco mais no tema com alguns exemplos do cotidiano que todos nós já vivenciamos em algum momento.
1. Abrindo uma porta: o momento que aplicamos ao girar uma maçaneta
Pense na última vez que você abriu uma porta. Se você empurrar perto das dobradiças, onde a porta se conecta à moldura, será necessário aplicar muito mais força para movê-la.
Em vez disso, se você empurrar ou puxar da extremidade oposta, onde normalmente fica a alça, será muito mais fácil.
Porque?
É aqui que entra em jogo o conceito de momento de força. O momento é o produto da força que você aplica e a distância do ponto de articulação (neste caso, as dobradiças da porta). Ao aplicar a força longe das dobradiças, aumentamos esta distância e, como resultado, o momento também aumenta.
Isto significa que com a mesma força conseguimos um efeito maior ao abrir a porta. É por isso que as alças são afastadas das dobradiças, para facilitar a ação de abertura e fechamento.
2. Apertar parafusos com chave: o efeito de uma alavanca
Ao usar uma chave inglesa para apertar um parafuso, aplicamos um momento de força.
Quando giramos a chave, estamos gerando uma força rotacional em torno do eixo do parafuso. O comprimento da chave é essencial aqui.
Quanto mais longo, menos força precisamos aplicar para girar o parafuso.
Imagine que você está tentando apertar um parafuso muito duro. Se você tiver uma chave inglesa pequena, precisará aplicar muita força. Porém, se você usar uma chave mais longa, o momento aumenta porque a distância entre a força aplicada e o eixo do parafuso também aumenta. Como resultado, o aperto do parafuso fica mais fácil.
Ou seja, ao alongar a alavanca (chave), podemos fazer com que a tarefa exija menos esforço físico.
3. O volante de um carro: girando para mudar de direção
Quando dirigimos um carro e giramos o volante, estamos aplicando um momento no eixo de direção.
Você notou que o volante tem um diâmetro considerável? Isto não é coincidência. Quanto mais longe nossa mão estiver do eixo de direção, mais fácil será aplicar um momento e girar o volante.
Imagine tentar girar o volante bem no centro: seria necessária muita força. Ao colocar o aro do volante a uma certa distância do eixo, utilizamos o princípio do momento para conseguir a direção sem esforço excessivo.
4. O swing: aplicando momentos ao swing
Todos nós já desfrutamos de um balanço em algum momento e, quando o fazemos, criamos um momento em torno dos ganchos que prendem o balanço à estrutura.
Ao se empurrar para frente e para trás, você altera o ângulo e a amplitude do momento aplicado, o que permite controlar a velocidade e a altura do balanço.
Na verdade, até as crianças percebem intuitivamente que, se se inclinarem para a frente ou para trás no momento certo, podem aumentar a amplitude do seu balanço.
Esta ação gera um momento que mantém o movimento do pêndulo e permite que o balanço suba e desça com impulso crescente.
5. Pedalar uma bicicleta: gerando movimento através de momentos de força
Quando você pedala uma bicicleta, você também aplica momentos de força. Ao pressionar os pedais para baixo, você gera um momento em torno do eixo de rotação da bicicleta, que fica no centro da coroa.
A força que você aplica no pedal é multiplicada pela distância do centro da coroa, gerando um momento que ajuda a impulsionar a bicicleta para frente.
Além disso, o tamanho da coroa, que é a distância do centro do eixo onde os dentes da corrente engatam, influencia o momento que você transmite. Quanto maior a coroa, mais força pode ser transmitida à corrente e às rodas, tornando mais eficiente a pedalada em determinados terrenos.
6. A alavanca: uma máquina simples e poderosa
A alavanca é um dos exemplos mais claros da utilização do momento de força.
Pense em uma situação em que você precisa levantar uma pedra pesada do chão. Se você tentar levantá-lo diretamente, pode ser impossível. Mas se você usar uma barra longa como alavanca e colocar uma pedra menor como fulcro (ou fulcro) perto da pedra que deseja levantar, poderá movê-la com relativa facilidade.
Isso ocorre porque a alavanca permite aplicar uma força em uma extremidade, que se torna um momento em relação ao fulcro, possibilitando levantar o objeto na outra extremidade. Quanto mais longa for a barra que você usar, menos força você precisará, pois o momento será maior.
Esse mesmo princípio é o que torna um carrinho de mão, com cabo longo e fulcro próximo à carga, tão eficaz na movimentação de objetos pesados.
7. A polia: facilitando o levantamento de cargas
Outra máquina simples que utiliza momentos de força é a polia.
Uma polia é uma roda com uma corda ou cabo passando por ela. Ao puxar uma extremidade da corda, você aplica uma força de entrada, gerando um momento em torno do eixo da polia. Este momento facilita o levantamento de cargas na outra extremidade.
As polias podem ser usadas em combinação, como em um sistema de polias composto, para reduzir ainda mais a quantidade de força necessária. Ao aumentar o número de polias, aumentamos a distância efetiva sobre a qual a força é aplicada e, portanto, o momento.
Isso nos permite levantar objetos pesados com o mínimo de força, como ocorre nos sistemas de polias de guindastes ou elevadores, como seria o caso da polia da imagem.
8. Turbinas a vapor: gerando eletricidade através de momentos
As turbinas a vapor são um exemplo industrial de aplicação de momentos de força.
Numa usina nuclear, o vapor gerado pela energia térmica é direcionado para as pás de uma turbina, aplicando uma força tangencial à roda.
Essa força é perpendicular ao eixo da turbina, gerando um momento que gira as pás e, consequentemente, o eixo da turbina.
Este movimento rotacional é transmitido a um gerador, que converte a energia mecânica em energia elétrica. Aqui, o momento de força gerado pelo vapor é essencial para produzir o movimento circular que dá origem à eletricidade.
Este exemplo também pode ser transferido para qualquer outra turbina, como seria o caso das turbinas eólicas de um parque eólico.