sabia que a estática na física é o que nos mantém seguros cada vez que entramos num edifício ou atravessamos uma ponte? Estes são alguns dos exemplos mais ilustrativos de estática que encontramos na nossa vida quotidiana e que servem para lhe dar uma ideia do que é a estática em física.
Os engenheiros utilizam a estática para determinar, por exemplo, onde devem estar os apoios de um edifício e quantos devem existir. Ou para descobrir que tipo de construção é a melhor escolha para o desenho de uma ponte para atravessar o rio na cidade.
Compreender o que é a estática na física ajudá-lo-á mesmo a poder utilizá-la da próxima vez que subir uma escadaria. Quando o faz, perceberá que mesmo que um objecto não se mova, há todo o tipo de coisas que o afectam, tais como stress e pressão.
Portanto, coloque a sua bata de laboratório e óculos de protecção porque vamos ver o que significa estática no ramo da física com aplicações e exercícios que o ajudarão a compreendê-la melhor.
bem-vindo!
Definição de estática em física
Segundo o portal Exercícios em Física, a estática é um ramo da mecânica, cujo objectivo é estudar as condições que devem ser satisfeitas por umconjunto de forças actuando sobre um corpo ou sistema rígido para que este se encontre em equilíbrio mecânico.
o que significa para um corpo estar em equilíbrio mecânico? Basicamente, duas coisas: que está em equilíbrio quando está em repouso (equilíbrio estático) ou que está em movimento rectilíneo uniforme (equilíbrio cinético ou dinâmico).
Isto significa que a estática em física não se refere apenas aos objectos que estão completamente parados, mas também aos que se movem a uma velocidade constante. Consequentemente, a ciência da estática pode dizer-nos muito sobre o comportamento das coisas quando se trata de as equilibrar, comprimir ou esticar. E no caso de edifícios e pontes, engenheiros e arquitectos estão mais interessados no equilíbrio estático.
Agora, de acordo com as fórmulas da estática, um corpo imóvel não se põe espontaneamente em movimento, precisa de algum agente externo para o mover. Assim, podemos tomar como exemplos de estática em física:
a atracção de uma vara de ferro se o objecto for um íman,
um esforço muscular, se o objecto for uma massa a ser levantada.
Por outras palavras, todos os agentes externos que perturbam o estado “natural” de quietude ou, como mencionado acima, de movimento rectilíneo uniforme, são chamados forças.
Imagem: ejerciciosdefisica.com
A força na estática
Para compreender o que é a estática na física, é necessário mencionar a força, já que o objectivo da estática é estabelecer a força total do resultado de todas as forças que intervêm num corpo e que são as que atingem as condições do seu equilíbrio.
Então qual é o papel da força na estática? A força é a causa capaz de modificar o estado de imobilidade ou movimento de um corpo; é também o que causa a deformação do corpo. O efeito produzido pela força sobre um corpo depende:
a magnitude,
a direcção,
a direcção
e o ponto onde é aplicado.
A força é, portanto, uma quantidade física vectorial. o que é que isto significa? Isto significa que a força é completamente determinada por um número, uma unidade, uma direcção e um sentido, e o número e a unidade são conhecidos como o módulo. Por exemplo, o módulo de velocidade do vento é de 3 km/h. E o módulo de uma força é um número que indica a sua intensidade.
Agora, quais são os símbolos de força e estática cientificamente? De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida para a força de magnitude é o Newton (N). As forças são simbolizadas por setas e o seu tamanho é directamente proporcional ao módulo da força que representa.
como calcular a estática em física?
Para que um sistema encontre o seu ponto de equilíbrio, deve satisfazer as três equações de equilíbrio:
Soma Fx = 0
Soma Fy = 0
Soma M = 0
Neste caso, Fx é a força exercida sobre o eixo horizontal e Fy sobre o eixo vertical. E M, a massa, deve ser zero, pois a primeira lei de Newton (F=ma) diz-nos que se a força e a aceleração são 0, a soma das massas é também 0.
Hoje em dia, os métodos e cálculos de estática na física têm ajudado na construção de muitas obras de engenharia, tais como edifícios, pontes e barragens, bem como dispositivos mecânicos, tais como gruas. Isto porque a primeira coisa que arquitectos e engenheiros devem fazer é calcular as forças que actuam sobre os corpos e os seus componentes. A estática fornece os procedimentos analíticos e gráficos necessários para descrever e identificar estas forças desconhecidas.
Para que um corpo seja considerado estático, deve assumir-se que o corpo é perfeitamente rígido e em equilíbrio, e a soma das forças sobre o objecto em repouso soma-se a zero. Isto significa que as forças se equilibram mutuamente e não provocam o movimento ou rotação do objecto.
Considere o seguinte exemplo:
Fonte: Aula de Física
No gráfico acima, os dois objectos estão em equilíbrio porque as forças estão equilibradas, embora nem todos tenham a mesma força.
Portanto, a força líquida é zero e a aceleração é de 0 m/s/s/s. Para que um objecto esteja em equilíbrio, deve ter uma aceleração de zero, como mencionado na primeira lei de Newton. Dito isto, uma aceleração de 0 m/s/s/s não significa que o objecto esteja em repouso. Pelo contrário, significa que um corpo em equilíbrio pode ser:
Em repouso
Movendo-se na mesma direcção e com a mesma velocidade
Exercícios de estática
Agora que sabe o que é a estática na física, vejamos um exercício.
Quando um objecto está em repouso e em estado de equilíbrio, podemos dizer que está em equilíbrio estático. Uma experiência clássica de laboratório envolve pendurar um objecto em duas ou mais cordas ou cordas e medir as forças exercidas num ângulo sobre o objecto de modo a que este tenha um peso.
Vejamos um exemplo de estática física:
Fonte: Sala de aula de Física
Neste caso, o objecto está na intersecção das três forças e está em equilíbrio, uma vez que a força líquida e a aceleração são zero.
Para calcular a força, são utilizadas as seguintes fórmulas:
F=√ ( F(x)^2+ (F(y)^2)
Onde:
F(x) = F cosα
Y
F(y) = F sinα
Aplicando estas fórmulas a este exemplo:
Fonte: Aula de Física
A força líquida resultante é de 0 Newtons. Isto faz sentido, uma vez que o objecto está em equilíbrio. Agora que já vimos um exercício de estática física, vejamos alguns exemplos de onde ele ocorre na nossa vida quotidiana.
Exemplos de estática em física
1. Um carro sobre uma ponte
Um exemplo de estática em física é um carro de pé sobre uma ponte, pois exerce uma força considerável na superfície entre o carro e a ponte. Contudo, esta força não causa qualquer alteração no estado, posição ou forma da ponte ou do carro. Portanto, a soma das forças é zero.
2. Pendurar uma fotografia
Não é necessária uma introdução à carpintaria para compreender como a estática actua na física neste exemplo. Quando penduramos um objecto na parede, uma série de forças actua sobre ele. A gravidade puxa o corpo para baixo e, ao mesmo tempo, a força oferecida pela parede juntamente com o prego mantém o objecto em posição. A pintura não muda de estado ou posição ao longo do tempo, pelo que pode ser considerada como estando em equilíbrio.
Fonte: Unsplash
3. Um barco a flutuar no mar
Outro exemplo de estática na física ocorre quando um barco está à superfície da água. A força gravitacional puxa o barco em direcção ao centro da terra enquanto a força flutuante exercida pelo barco o empurra para cima. Isto cria um equilíbrio que mantém o corpo estático.
4. Empurrando numa parede
Quando um indivíduo aplica uma força de empurrão à superfície de uma parede bem construída, a parede não se move. Mesmo se aumentar a força aplicada, a parede não muda de posição. Isto sugere a existência de uma força oposta que vai na direcção oposta e não permite que a posição ou estado do muro mude. Isto é conhecido como a força de reacção e faz com que o corpo esteja em equilíbrio.
5. De pé no chão
Sim. Em qualquer momento é um produto de estática em física. Quando uma pessoa está de pé sobre uma superfície plana, a força gravitacional e a força de reacção exercida pelo chão mantêm-na num estado estático. Estes são apenas alguns exemplos de estática em física e, como podem ver, o nosso mundo está cheio deles. consegue pensar em mais algum?
Fonte: Unsplash
Uma breve história da estática
Nesta secção do nosso artigo sobre estática em física, vamos agora olhar para a evolução histórica dos princípios da estática. Os primeiros estudos conhecidos sobre estática datam de há mais de dois mil anos. Embora os vestígios não sejam muitos, são suficientes para despertar o interesse e a admiração por aqueles que trabalharam na ciência da estática em profundidade.
Assim, vamos destacar duas obras em particular, que são consideradas verdadeiras relíquias da sabedoria antiga: a de Aristóteles, que se dedicou ao tratamento de problemas mecânicos, e a de Arquimedes, que tratou nas suas pesquisas os vários problemas de equilíbrio.
Aristóteles
Sim, nós sabemos. Pode estar a perguntar-se o que Aristóteles tem a ver com a estática porque não era nem físico nem matemático, mas filósofo. Bem, o seu trabalho sobre este assunto foi verdadeiramente admirável pelo seu tempo, uma vez que tende a estabelecer os princípios da estática. De acordo com Aristóteles, todo o movimento deve encontrar resistência.
Pressupõe portanto a intervenção de uma acção ou força motriz, que deve ser maior do que a sua massa. Quanto maior for a massa a movimentar, maior será a velocidade a aplicar. No entanto, estes princípios não foram desenvolvidos com o devido rigor e ele aborda a mecânica da estática de uma forma geral.
Arquimedes
Entretanto, os primeiros avanços na teoria da estática da física tiveram de ser feitos de outras formas. Assim, o início da estática remonta à Grécia antiga, onde há mais de 2.200 anos o matemático Arquimedes estudou a teoria da estática.tic Arquimedes estudou a aplicação de forças de máquinas simples, tais como uma alavanca ou um eixo.
Arquimedes tinha uma mente matemática, e pôs de lado ideias gerais sobre o movimento de corpos e estática, que considerou demasiado complexas e inadequadas. A fim de fazer propostas precisas e concretas, com um sentido mais matemático,
Arquimedes preferiu voltar a sua atenção para os fenómenos e instrumentos mais simples, nos quais baseou todos os seus raciocínios e teorias sobre a estática. Assim, o seu tratado contém os seus estudos sobre a alavanca e os centros de gravidade, que ele tratou com base nas seguintes hipóteses:
Dois pesos iguais, suspensos a distâncias iguais do ponto de apoio, estão em equilíbrio.
Dois pesos iguais suspensos a distâncias diferentes não estão em equilíbrio, e o que está suspenso a uma distância maior começa a descer.
Se dois pesos suspensos a determinadas distâncias estiverem em equilíbrio e um deles subir ligeiramente, deixam de estar em equilíbrio e o que subiu começa a descer.
Foi desta forma que o grande físico grego lançou as bases para o uso de alavanca e o equilíbrio dos corpos submersos e deu lugar à hidrostática.
Outros cientistas importantes
Mais tarde, Leonardo da Vinci e Galileo Galilei viriam a deixar um legado de contribuições importantes para a estática na física. De facto, foi o cientista Galileo que determinou que não era necessária qualquer força líquida para manter o movimento de um corpo (equilíbrio dinâmico).
Do mesmo modo, foi Simon Stevin (1548-1620) que reparou no paradoxo hidrostático e foi o primeiro a descrever o equilíbrio dos corpos num plano inclinado.
Isaac Newton (1642-1727) contribuiu com as três leis da mecânica para as fundações da estática.
D’Alembert deixou o conceito de força de inércia. Graças à sua contribuição, é possível estudar problemas dinâmicos por meio do conceito de equilíbrio.
Euler e Lagrange desenvolveram técnicas matemáticas que moldaram as aplicações da estática.
Sabemos que a lista de engenheiros e cientistas que deram as suas vidas e contribuições para a ciência da estática tem sido mais longa do que aqueles que nomeámos. o que lhe pareceu?
Assim, sabe o que é a estática na física, como é calculada e alguns exemplos das nossas vidas. Quer se esteja apenas a aprender ou já seja um conhecedor experiente da ciência, é importante que aprenda como este fenómeno constrói o nosso mundo.
A estática na física é apenas uma parte do vasto mundo da física. Poderíamos escrever ensaios cheios de cálculos e exemplos disto nas nossas vidas. Basta olhar pela janela e ver os locais de construção e estradas da sua cidade para perceber como esta disciplina está presente na nossa rotina. A estática na física está por detrás de todos os cálculos e engenharia civil dos nossos edifícios, pontes e muito mais.
Se gosta de física e ciência como nós, e quer aprender mais sobre ela, convidamo-lo a visitar estes canais do YouTube para aprender muito mais ou estes podcasts de ciência que farão de si um especialista.
boa sorte!