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Cálculo do torque de uma chave de roda

Física

O torque é uma grandeza vetorial que está relacionada com a rotação de um sistema, como é o caso da chave de roda.
Utilizar as duas mãos para a rotação da chave de roda facilita a troca de pneus
Utilizar as duas mãos para a rotação da chave de roda facilita a troca de pneus
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Cotidianamente estamos expostos a sistemas simples que devem ser rotacionados. Como exemplo, podemos citar o ato de abrir tampas de alimentos em conserva, portas, alicates, chaves de roda etc. O torque é a grandeza relacionada com a rotação de um sistema. Para que haja rotação, é necessária a aplicação de um torque.

Também chamado de momento de uma força, o torque é uma grandeza vetorial que resulta do produto entre uma força aplicada perpendicularmente em um ponto e a distância da região de aplicação da força e o eixo de rotação.

M = F . x

Os termos da equação e as respectivas unidades de medida são:

M = Torque ou momento da força (N.m);

F = Força aplicada (N);

x = Braço de alavanca (m): distância entre o ponto de aplicação da força e o eixo de rotação.

Quanto maior é o braço de alavanca, menor é a força necessária para que o sistema rotacione. Será necessário maior esforço para gerar rotação se a força for aplicada muito próximo do eixo de rotação. Se as maçanetas das portas fossem fixadas próximo das dobradiças, que são os eixos de rotação, a força feita para rotacionar uma porta para abri-la ou fechá-la seria muito grande. É por essa razão que as maçanetas são instaladas no ponto mais distante possível das dobradiças, demandando menor esforço para movimentar a porta.

O caso da chave de roda

Imagine que um motorista precise trocar o pneu furado de um carro. Geralmente, esse tipo de trabalho é executado com uma chave de roda semelhante a esta:

Para obter melhor eficiência, o motorista deve forçar as extremidades da ferramenta, girando-a com as duas mãos no mesmo sentido.

Situação idealizada

Imagine que o torque necessário para que o parafuso de uma roda rotacione seja de 100 N.m. Fazendo força com as duas mãos a 40 cm (0,4 m) do centro de rotação, um motorista tenta retirar os parafusos. Qual seria a força necessária a ser aplicada por cada uma das mãos a fim de rotacionar o sistema?

Adotando o sentido de giro anti-horário como positivo, o torque é determinado da seguinte maneira:

M = F . x

100 = F . 0,4

F = 100 ÷ 0,4

F = 250 N

Podemos concluir que a força feita por cada uma das mãos na rotação é de 250 N, totalizando uma força de 500 N para que o sistema rotacione.

Utilizar as duas mãos para rotacionar o sistema será sempre mais efetivo que utilizar apenas uma das mãos, como exposto na imagem acima.


Por Joab Silas
Graduado em Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

JúNIOR, Joab Silas da Silva. "Cálculo do torque de uma chave de roda"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/calculando-torque-uma-chave-roda.htm>. Acesso em 20 de janeiro de 2018.

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Questão 1

(UCB) Suponha que determinada atleta segura uma massa de peso 400 N, de modo que braço e antebraço façam um ângulo reto conforme apresentado na figura.

Considerando que as velocidades relativas dos componentes desse sistema são nulas, as distâncias do ponto de aplicação das forças, a partir do cotovelo, são de 2,0 cm para o ligamento do músculo do bíceps, 30 cm para a massa e 10 cm para o centro de massa do antebraço, e que o peso do antebraço é de 20 N, o módulo da força exercida pelo ligamento do músculo do bíceps é igual a

a) 380 N.

b) 420 N.

c) 6.100 N.

d) 8.300 N.

e) 12.200 N.

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