Este artigo explica o que é a força de equilíbrio e como ela é calculada. Além disso, você poderá praticar exercícios de força de equilíbrio resolvidos.
Qual é a força de equilíbrio?
Força de equilíbrio é a força que neutraliza o efeito de todas as forças de um sistema, ou seja, força de equilíbrio é a força capaz de equilibrar um sistema de forças.
Portanto, a força de equilíbrio de um sistema tem a mesma magnitude, direção e direção oposta à força resultante.
Além disso, a força de equilíbrio faz com que a soma de todas as forças num sistema seja zero e, portanto, o sistema esteja em equilíbrio.
Por exemplo, a força normal é a força que equilibra a força do peso, porque neutraliza o seu efeito e permite que um corpo se apoie no solo.
Como calcular a força de equilíbrio
Para calcular a força de equilíbrio em um sistema, é preciso primeiro encontrar a força resultante no sistema e depois negar seus componentes.
Como a força de equilíbrio é oposta à força resultante, o processo para derivar a força de equilíbrio é simplesmente determinar a força resultante e depois alterar o sinal das suas coordenadas.
Portanto, para encontrar a força de equilíbrio de um sistema, é essencial que você saiba como é calculada a força resultante. Caso contrário, você deverá ver a seguinte explicação:
Por exemplo, se a força resultante de um sistema for
, o cálculo da força de equilíbrio será:
Exercícios de força de equilíbrio resolvidos
Exercício 1
Calcule a força de equilíbrio das três forças a seguir:
Todas as três forças têm a mesma direção, portanto a direção da força resultante será a mesma para essas forças.
Neste exercício, temos duas forças com a mesma direção e direção, portanto podemos somá-las diretamente. Por outro lado, temos outra força com a mesma direção, mas com direção diferente, então esta força subtrairá a intensidade da força resultante.
Além disso, o valor da soma das forças direcionais para a direita é maior que o valor da força direcional para a esquerda, portanto a força resultante deve ter uma direção para a direita.
Portanto, como a força de equilíbrio é oposta à força resultante, a força de equilíbrio será uma força de valor 5 N com a mesma direção, mas para a esquerda.
Exercício 2
Determine a força de equilíbrio do sistema formado pelas duas forças a seguir:
- Força de 10 N com inclinação em relação ao eixo horizontal de 45º.
- Força de 7 N com inclinação em relação ao eixo horizontal de 60º.
A definição do problema nos diz que as forças têm direções diferentes, então para encontrar a força resultante devemos primeiro decompô-las vetorialmente usando as fórmulas do seno e do cosseno:
E agora somamos as componentes das forças que correspondem ao mesmo eixo:
A força resultante é portanto:
Portanto, a força de equilíbrio será:
Exercício 3
Encontre a força de equilíbrio do seguinte sistema de forças:
Para obter a força resultante de todas as forças vetoriais no gráfico, precisamos aplicar o método do polígono:
A força resultante tem, portanto, as seguintes componentes:
A força de equilíbrio será, portanto, esta força com as mesmas componentes, mas com sinal alterado:
