Estática e Hidrostática

Princípios Básicos

A estática é a parte da física que se preocupa em explicar questões como:
  • Por que em uma mesa sustentada por dois pés, estes precisam estar em determinada posição para que esta não balance?
  • Por que a maçaneta de uma porta sempre é colocada no ponto mais distante das dobradiças dela?
  • Por que um quadro pendurado em um prego precisa estar preso exatamente em sua metade?
  • Por que é mais fácil quebrar um ovo pelas laterais do que por suas extremidades?
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Princípio da transmissibilidade das forças

O efeito de uma força não é alterado quando esta é aplicada em diferentes pontos do corpo, desde que esta seja aplicada ao longo de sua linha de aplicação. 
Nos três casos o efeito da força é o mesmo.

Equilíbrio

As situações em que um corpo pode estar em equilíbrio são:
  • Equilíbrio estático: Ocorre quando o ponto ou corpo está perfeitamente parado ().
  • Equilíbrio dinâmico: Ocorre quando o ponto ou corpo está em Movimento Uniforme.
 Estatica de um ponto

Para que um ponto esteja em equilíbrio precisa satisfazer a seguinte condição:
A resultante de todas as forças aplicadas a este ponto deve ser nula.
Exemplos:
(1) Para que o ponto A, de massa 20kg, esteja em equilíbrio qual deve ser a intensidade da força ?
Sendo:
Mas como a força Peso e a força Normal têm sentidos opostos, estas se anulam.
E, seguindo a condição de equilíbrio:

Estática de um corpo rígido

Chamamos de corpo rígido ou corpo extenso, todo o objeto que não pode ser descrito por um ponto.
Para conhecermos o equilíbrio nestes casos é necessário estabelecer dois conceitos:

Centro de massa

Um corpo extenso pode ser considerado um sistema de partículas, cada uma com sua massa.
A resultante total das massas das partículas é a massa total do corpo. Seja CM o ponto em que podemos considerar concentrada toda a massa do corpo, este ponto será chamado Centro de Massa do corpo.
Para corpos simétricos, que apresentam distribuição uniforme de massa, o centro de massa é o próprio centro geométrico do sistema. Como no caso de uma esfera homogênea, ou de um cubo perfeito.
Para os demais casos, o cálculo do centro de massa é feito através da média aritmética ponderada das distâncias de cada ponto do sistema.
Para calcularmos o centro de massa precisamos saber suas coordenadas em cada eixo do plano cartesiano acima, levando em consideração a massa de cada partícula:

Então o Centro de Massa do sistema de partículas acima está localizado no ponto (1,09 , 0,875), ou seja:
Como forma genérica da fórmula do centro de massa temos:

Momento de uma força

Imagine uma pessoa tentando abrir uma porta, ela precisará fazer mais força se for empurrada na extremidade contrária à dobradiça, onde a maçaneta se encontra, ou no meio da porta?
Claramente percebemos que é mais fácil abrir ou fechar a porta se aplicarmos força em sua extremidade, onde está a maçaneta. Isso acontece, pois existe uma grandeza chamada Momento de Força , que também pode ser chamado Torque.
Esta grandeza é proporcional a Força e a distância da aplicação em relação ao ponto de giro, ou seja:
A unidade do Momento da Força no sistema internacional é o Newton-metro (N.m)
Como este é um produto vetorial, podemos dizer que o módulo do Momento da Força é:

Sendo:
M= Módulo do Momento da Força.
F= Módulo da Força.
d=distância entre a aplicação da força ao ponto de giro; braço de alavanca.
sen θ=menor ângulo formado entre os dois vetores.

Como , se a aplicação da força for perpendicular à d o momento será máximo;
Como , quando a aplicação da força é paralela à d, o momento é nulo.
E a direção e o sentido deste vetor são dados pela Regra da Mão Direita.
O Momento da Força de um corpo é:
  • Positivo quando girar no sentido anti-horário;
  • Negativo quando girar no sentido horário;
Exemplo:
Qual o momento de força para uma força de 10N aplicada perpendicularmente a uma porta 1,2m das dobradiças?