ESTÁTICA

Campo da física que estuda os corpos em equilíbrio

A Estática é a parte da mecânica que estuda os corpos que não se movem ou se movimentam em aceleração constante. Ela estuda as condições nas quais as forças atuantes sobre um corpo se equilibram. De acordo com a Segunda Lei de Newton, quando todas as forças de um sistema se equilibram, sua aceleração é nula. Desse modo, a ausência de movimento dos corpos gera uma aceleração nula, pois quando há equilíbrio a soma vetorial das forças é nula.
A Estática estuda as condições dos corpos extensos bem como dos pontos materiais. A diferença entre eles está nas dimensões, de modo que um corpo extenso é aquele possui tamanho que influencia no estudo, enquanto o ponto material possui tamanho que pode ser desprezado no estudo. Quando um corpo encontra-se em repouso o seu equilíbrio pode ser classificado como estático, já quando o corpo está em movimento retilíneo uniforme, seu equilíbrio é dinâmico.
Assim, para que um corpo esteja em equilíbrio é necessário que o resultado de todas as forças aplicadas sobre ele seja igual a zero. Os tipos de equilíbrio existentes são: equilíbrio estável, equilíbrio instável e equilíbrio indiferente.Quando o equilíbrio é estável, à medida em que o corpo realiza um pequeno deslocamento em relação à sua posição de equilíbrio, ele retorna à posição inicial, quando abandonado.  No equilíbrio instável, ao retirar o corpo da sua posição de equilíbrio, a tendência é que ele se afaste ainda mais dessa posição quando abandonado.
Quando ocorre o equilíbrio indiferente, mesmo ao ser deslocado, o corpo permanece em equilíbrio em uma nova posição, independente do que ocorra. Para compreender o equilíbrio dos corpos é necessário entender alguns conceitos fundamentais da física que são aplicados à Estática como centro de massa, momento de força, equilíbrio do ponto material, equilíbrio dos corpos rígidos.

Conceitos fundamentais para Estática

Existem algumas fórmulas matemáticas e conceitos básicos que são necessários para compreender os estudos da Estática. Esses são fundamentais para explicar porque duas forças atuando sobre a mesma partícula podem ser substituídas pela força resultante.

Centro de massa
Centro de massa é o ponto em que se concentra toda a massa de um corpo. Essa massa total é o resultado de todas as massas das partículas que compõem o corpo. Quando trata-se de corpos simétricos, que possuem distribuição uniforme da massa, o centro de massa é o próprio centro geométrico.
Se tratando de corpos assimétricos, para identificar o centro de massa, é preciso calcular a média aritmética ponderada das distâncias de cada ponto do sistema. Para calcular o centro de massa, é preciso saber as coordenadas de cada eixo do plano cartesiano, além de levar em conta a massa de cada partícula.

Momento de força

Momento de força é a capacidade de provocar um giro ou a tendência de giro de um corpo ao redor de um eixo que uma força possui. Trata-se de uma grandeza vetorial que é proporcional à força e à distância de aplicação em relação ao ponto de rotação.
Assim, o momento de força é uma grandeza que possui módulo, direção, sentido e unidade de medida. Seu sentido pode ser positivo – quando girado em sentido horário – ou negativo – quando girado em sentido anti-horário. A unidade de medida do momento de força é o Newton-metro (N.m).
A fórmula que determina o momento de força é a seguinte:

Fórmula de momento da força

Equilíbrio de um ponto material
Em Estática, considera-se ponto material todo corpo pequeno o suficiente para que suas dimensões não interfiram no estudo. Um ponto material é um corpo no qual as forças que agem sobre ele se cruzam no mesmo ponto. A ideia de ponto material tem como finalidade simplificar a compreensão e resolução de problemas.
Para que um ponto material esteja em equilíbrio, é necessário que a força resultante das forças aplicadas sobre ele sejam nulas. Sua condição de equilíbrio é baseada na Primeira Lei de Newton.

 O equilíbrio do ponto material ocorre quando a sua aceleração é nula, ou seja, igual a zero. Seu equilíbrio pode ser estático, quando o corpo estiver em repouso ou pode ser dinâmico, quando o corpo estiver em movimento retilíneo uniforme.
Assim, a estática utiliza cálculos para definir as forças atuantes sobre um ponto material em equilíbrio.

Fórmula para calcular o equilíbrio material
Para resolver os problemas de forma simples, é preciso estabelecer a condição de que a força resultante sobre ele será nula, de modo que só há equilíbrio do ponto material se FR = 0, na qual FR = Força Resultante.

Equilíbrio dos corpos rígidos

Corpos rígidos são o conjunto de partículas que se distanciam entre si, mantendo distância tanto antes, quanto depois da aplicação das forças sobre elas. Em Estática, corpos rígidos também são chamado de corpos extensos.  Diferente do ponto material, eles possuem dimensões que não podem ser desprezadas em uma análise estática.

O método das projeções ortogonais dos vetores é usado para fazer cálculos de Estática.(Foto: Wikipédia)

Quando os corpos rígidos estão sujeitos à ação de forças e não sofrem movimentos de translação e nem de rotação, em relação a um referencial, significa que eles estão em equilíbrio. Desse modo, além de não se mover, para que um corpo extenso esteja equilíbrio, ele também não pode girar.

Portanto, o equilíbrio dos corpos rígidos precisam atender algumas condições básicas:
• A soma das forças aplicadas sobre o centro de massa do corpo deve ser nula, o que fará com que o corpo não se movimente e adquira o equilíbrio estático ou tenha movimento uniforme, mantendo-se assim em equilíbrio dinâmico;
• O resultante do momento de força aplicado ao corpo também precisa ser nulo, de modo que impeça o giro e permaneça em equilíbrio estático ou possibilite apenas o giro com velocidade angular constante, mantendo-se em equilíbrio dinâmico.