Cálculo do torque de uma chave de roda

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