Tribologia é o estudo da interação entre duas superfícies em contato, como desgaste e atrito, sendo de extrema importância na avaliação de diferentes produtos e de bens de consumo em geral. Para testar a conformidade de uma muleta, realiza-se um ensaio tribológico, pressionando-a verticalmente contra o piso com uma força F, conforme ilustra a imagem, em que CM representa o centro de massa da muleta.
Mantendo-se a força (F) paralela à muleta, varia-se lentamente o ângulo entre a muleta e a vertical, até o máximo ângulo imediatamente anterior ao de escorregamento, denominado ângulo crítico. Esse ângulo também pode ser calculado a partir da identificação dos pontos de aplicação, da direção e do sentido das forças peso (P) , normal (N) e de atrito estático (fe) .
O esquema que representa corretamente todas as forças que atuam sobre a muleta quando ela atinge o ângulo crítico é:
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Mecânica (Estática e Equilíbrio de Corpos Rígidos)
- Forças de Atrito
Nível da Questão:
- Médio (Exige compreensão de forças de contato e análise de torque em equilíbrio)
Gabarito:
- Alternativa Correta: (E)
Passo 1: Análise do Enunciado e Definição do Objetivo
📌 Enunciado Resumido
Em um teste de tribologia para avaliar uma muleta, ela é pressionada verticalmente contra o piso, porém inclinada até certo ângulo crítico anterior ao escorregamento. Nesse instante, forças como peso (P), normal (N), atrito estático (f), além da força externa (F) que pressiona a muleta, atuam simultaneamente.
🔹 Palavras-Chave:
- “muleta inclinada”
- “força de atrito no ponto de contato”
- “ângulo crítico” (limite de escorregamento)
- “força normal” e “força peso”
🔹 Objetivo:
Identificar, dentre as figuras apresentadas, qual diagrama de forças mostra corretamente onde essas forças atuam (ponto de aplicação), suas direções e sentidos no instante em que a muleta está prestes a deslizar.
🔹 Dica Geral:
Para um corpo em equilíbrio e quase deslizando, a força de atrito é oponível à tendência de movimento; a força normal é perpendicular à superfície no ponto de contato; e a força peso (P) age no centro de massa.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Conceitos Fundamentais
🔹 Força Peso (P):
- Atua verticalmente para baixo, aplicada no centro de massa (CM) da muleta.
🔹 Força Normal (N):
- Aplicada pelo piso, perpendicular à superfície de apoio, partindo do ponto de contato.
🔹 Força de Atrito Estático (f):
- Surge no ponto de contato e atua paralelamente à superfície, impedindo o deslizamento.
- Age na direção contrária ao sentido de escorregamento iminente.
🔹 Força Externa (F):
- Exercida na parte superior, alinhada ao eixo da muleta.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Contexto do Problema
- A muleta é pressionada contra o solo por uma força F paralela ao seu comprimento.
- O ângulo de inclinação é aumentado até que a muleta esteja prestes a escorregar (ângulo crítico).
- Precisamos reconhecer o diagrama de forças que melhor representa esse estado de equilíbrio iminente.
🔹 Interpretação Física:
- No ângulo crítico, o atrito está no limite máximo de segurar a muleta.
- A normal e o atrito partem do mesmo ponto: a extremidade inferior da muleta.
- O peso age no meio da muleta (centro de massa).
- A força F está aplicada no topo, na mesma direção da haste.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
📌 Raciocínio de Equilíbrio
- Força Peso (P):
- No CM, vertical para baixo.
- Força Normal (N):
- Do solo para cima, perpendicular ao piso.
- Aplicada no ponto de contato (a ponta da muleta).
- Força de Atrito (f):
- No ponto de contato, horizontal, contrária ao escorregamento.
- Se a muleta tende a deslizar para a esquerda, o atrito puxa para a direita, e vice‐versa.
- Força Externa (F):
- Empurra a muleta ao longo de seu eixo.
- Se a muleta está inclinada, F também se inclina.
No limite de escorregamento, esses vetores se dispõem de modo a equilibrar as componentes horizontais e verticais, além dos torques. Por isso, N e f saem do mesmo ponto, e P sai do centro de massa.
Passo 5: Análise das Alternativas
- (A)
❌ Pode mostrar atrito ou normal no sentido errado, ou peso fora do centro de massa. - (B)
❌ Configuração inadequada das forças em relação à muleta e ao solo. - (C)
❌ Apresenta orientações de força que não correspondem ao instante crítico, especialmente a posição do atrito e do peso. - (D)
❌ Disposição de P e atrito não se encaixa no cenário de quase escorregamento. - (E)
✅ Correta. N apontando para cima no ponto de contato, f horizontal no mesmo ponto, P vertical no centro de massa, e F inclinada junto com a haste.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
🔍 Resumo Final
Quando a muleta está prestes a deslizar, a força de atrito está na direção oposta à tendência de escorregamento, a força normal é perpendicular ao solo, ambas aplicadas na extremidade inferior. O peso atua no centro de massa, e a força F segue o eixo da muleta.
Portanto, a configuração correta das forças é:
✅ Alternativa (E).
