Centro de gravidade e tipos de equilíbrio

Centro de gravidade e tipos de equilíbrio

O centro de gravidade, também chamada de baricentro, é o ponto de um corpo  onde pode ser aplicada a força de gravidade de todo o corpo. É através do centro de gravidade que os corpos atingem ou não um ponto de equilíbrio.

Ao observarmos um surfista realizando sua prática esportiva, percebemos que ele abaixa o corpo para permanecer em pé na sua prancha. Ao andar, em pé, em um ônibus, instintivamente distanciamos nossos pés, para não cair.

Ao empilharmos objetos colocamos sempre o maior lado apoiado no chão para diminuir a altura total e evitar o tombamento da pilha.

Todas essas situações envolvem o que os físicos conceituam como equilíbrio. Este módulo faz o estudo do equilíbrio e de seus elementos. Isso fará com que você, em suas situações cotidianas, melhore sua condição de equilíbrio e saiba como evitar situações de desequilíbrio.

Sabemos também que todos os corpos se atraem com força proporcional ao produto de suas massas. Quanto maiores as massas, maior a força de atração entre os corpos.

Essa força varia também em relação à distância que separa os corpos. Quanto maior a distância, menor a atração entre eles.

Essas observações e conclusões surgiram pela primeira vez no tratado Principia escrito por Isaac Newton, em 1687. Nele, Newton enunciou sua Lei da Gravitação Universal:

“Os corpos se atraem mutuamente, na razão direta do produto de suas massas e na razão inversa do quadrado de suas distâncias.”

Nos parágrafos anteriores afirmamos que todos os corpos se atraem. Então, podemos dizer que você atrai o livro e o livro o atrai?

Na verdade, é isso mesmo. Porém, as forças de atração nesse caso são tão fracas que você e o livro não se aproximam.

Os efeitos da gravidade só são sentidos quando os corpos têm massa muito grande, valores da ordem de milhões de toneladas, como é o caso dos planetas, das estrelas e de outros corpos celestes.

Conceito e aplicação

equilibrio

A tela acima, Jovem Equilibrista Sobre a Bola, é uma obra de Pablo Picasso (1881-1973), importante pintor espanhol.

Manter equilíbrio sobre uma bola lhe parece fácil ou difícil?

Mas, afinal, para a Física, o que é equilíbrio e que fatores determinam os tipos de equilíbrio que podemos observar na natureza?

Ao longo deste módulo, responderemos a essas e outras perguntas. Antes, porém, vamos estudar um pouco mais uma força que exerce uma ação permanentemente sobre nós: a força da gravidade.

Veja também:

Gravidade

Vamos recordar conceitos já estudados. Você sabe por que os corpos têm peso? É porque a Terra os atrai.

Lembre que peso é uma força de atração que existe entre o corpo e a Terra.

Portanto, a bola da ilustração anterior e todos os corpos, inclusive você, caem pela ação da força de gravidade, pois são atraídos pela massa da Terra.

Mas há situações em que parece que essa força não atua como o senso comum imaginaria.

Num sistema, a força de gravidade está aplicada a um ponto do corpo, denominado centro de gravidade, ou ainda, centro de massa.

ISe um corpo for suspenso por um determinado ponto, e se manter em equilíbrio, esse ponto é o centro de gravidade.

O centro de gravidade se comporta como se toda a massa do corpo estivesse concentrada ali.

Determinação do centro de gravidade

Quando um corpo tem forma geométrica regular e homogênea, seu centro de gravidade (CG) pode ser determinado geometricamente. Assim, o CG de uma esfera (1) está no seu centro e de uma superfície retangular (2) está no cruzamento de suas diagonais.

Em corpos como um anel (3), o CG pode estar localizado fora dele, no centro do anel.

geométrica regular

Quando o corpo é irregular, seu CG pode ser determinado experimentalmente.

Um corpo de forma irregular como o do desenho a seguir pode ter seu centro de gravidade determinado se nós o suspendermos por uma das extremidades e traçarmos uma reta (no sentido dado por um prumo) por ali.

Em seguida, ele deve ser suspenso por outro ponto e a partir dali devemos traçar outra reta (com o sentido dado por um prumo). O encontro das duas retas identifica o centro de gravidade do corpo.

Gravidade e equilíbrio

Equilíbrio de um corpo

Um corpo apoiado sobre um plano estará em equilíbrio quando a vertical baixada a partir de seu CG passar pela base dele.

Veja o que acontece com a Torre de Pisa, importante monumento italiano famoso por sua inclinação. Enquanto a vertical traçada a partir do CG da torre passar pela sua base, a torre não cairá.

Tipos de equilíbrio

Tipos de equilíbrio

Os corpos podem apresentar três tipos de equilíbrio: indiferente, estável e instável.

Veja exemplos desses tipos de equilíbrio:

No equilíbrio indiferente, o corpo pode ser movimentado e continuará mantendo seu estado de equilíbrio, pois a altura de seu CG em relação a superfície de apoio permanece inalterada.

equilíbrio: indiferente, estável e instável

No equilíbrio estável, o corpo desviado de sua posição volta a ocupá-la.

No equilíbrio instável, o corpo quando desviado não retorna mais à sua posição de equilíbrio. A reta traçada a partir do CG passa por fora da base.

Veja mais alguns exemplos:

Pequeno movimento

Quanto mais baixo o CG, maior o equilíbrio. Nós instintivamente abaixamos nosso CG quando afastamos os pés para nos equilibrarmos, ao viajar em pé em um ônibus em movimento.

  1. Por que uma kombi tem menor estabilidade do que um carro de Fórmula 1?

Observe a experiência ao lado. Nela ocorre um fenômeno semelhante ao que permitiu o equilibrista citado no exercício anterior, desafiar a corda bamba. Explique como foi possível manter o equilíbrio do conjunto.

2. Qual a relação entre distância e força de gravidade?

3. O que é centro de gravidade de um corpo?

4. O que é equilíbrio estável?

 

5. Um astronauta tem massa de 120kg. Na Lua, onde g = 1,6m/s2, sua massa e seu peso serão, respectivamente:

a)120kg    e 192N.

b)    192kge 192N.

c)    120kg e 120N.

d)192kg    e 120N.

6. O(s) fenômeno(s) afetado(s) diretamente pela posição da Lua em relação à Terra é(são):

a)    apenas III.

b)    apenas I.

c)    apenas I e III.

d)    apenas II e III.

e)    apenas I e IV.

Você pode construir um modelo que demonstra como o deslocamento do CG pode alterar sua posição no equilíbrio dos corpos.

O animalzinho da foto pode ser feito com uma rolha, quatro palitos de fósforo, um pedaço de cartolina (para cortar a cabeça), um pedaço de arame e uma porca de metal. Depois de montado, movimente o arame até conseguir o equilíbrio de seu modelo, que pode ficar apoiado sobre uma superfície bem estreita.

Referências

ASSIS, André Koch Torres; DE MATOS RAVANELLI, Fábio Miguel. Reflexões sobre o conceito de centro de gravidade nos livros didáticos. Ciência & Ensino (ISSN 1980-8631), v. 2, n. 2, 2008 https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/33109593/Arquimedes.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1552178703&Signature=r14PJDFZ4EkjN%2Byxop21CIbHS%2BI%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DArquimedes.pdf

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