Retirar a roda de um carro é uma tarefa facilitada por algumas características da ferramenta utilizada, habitualmente denominada chave de roda. As figuras representam alguns modelos de chaves de roda:
Em condições usuais, qual desses modelos permite a retirada da roda com mais facilidade?
A) 1, em função de o momento da força ser menor.
B) 1, em função da ação de um binário de forças.
C) 2, em função de o braço da força aplicada ser maior.
D) 3, em função de o braço da força aplicada poder variar.
E) 3, em função de o momento da força produzida ser maior.
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Física Mecânica (Estática e Torque)
- Física Geral (Leis da alavanca, momento de uma força)
🎯 Tema/Objetivo Geral:
Avaliar qual ferramenta facilita mais a retirada de um parafuso usando conceitos de torque e ação de binário de forças.
🎯 Nível da Questão:
Médio.
Exige interpretação visual, entendimento físico de torque, e raciocínio comparativo entre modelos diferentes, o que pode ser desafiador para quem não tem intimidade com as alavancas ou ferramentas.
✅ Gabarito:
Letra B – 1, em função da ação de um binário de forças.
O modelo 1 permite a aplicação de duas forças opostas em lados simétricos, gerando um binário (par de forças), o que maximiza o torque total, facilitando a remoção da roda.
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
1.1 Transcrição Essencial 📌
“Qual desses modelos permite a retirada da roda com mais facilidade?”
1.2 O que está sendo pedido? 📌
Identificar qual chave de roda permite aplicar o maior momento de força (torque), facilitando a retirada de um parafuso.
1.3 Objetivo Cristalino 📌
Determinar qual chave produz maior torque total, analisando as características físicas de cada modelo (tamanho e forma).
1.4 Pergunta de Atenção ✔
Você lembra que torque depende da força aplicada e da distância ao ponto de rotação? E que duas forças opostas podem gerar um binário com torque maior ainda?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
2.1 Definições Fundamentais 📌
- Torque (momento de força): τ=F⋅d
Onde:
- τ: torque (momento da força)
- F: força aplicada
- d: distância perpendicular entre a força e o ponto de rotação
- Binário de forças:
Duas forças de mesma intensidade e sentidos opostos, aplicadas em braços simétricos em relação ao ponto de rotação.
Isso duplica o efeito rotacional.
- Aplicação prática:
Quanto maior o torque, mais fácil será girar ou soltar o parafuso. Ferramentas com braços maiores (ou com dois braços opostos) aumentam esse torque.
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
3.1 Contextualização Simplificada 📌
Queremos saber qual modelo de chave de roda permite aplicar o maior torque, ou seja, facilita mais a retirada da roda. Precisamos observar:
- O comprimento do braço de aplicação da força.
- Se há um ou dois braços (binário ou não).
3.2 Estratégia Geral 📌
Vamos calcular (em termos proporcionais) o torque gerado por cada modelo e comparar.
Vamos verificar também qual modelo permite a aplicação de um binário.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
4.1 Passo a Passo Detalhado 📌
Vamos considerar uma força F igual para todos os modelos:
- Modelo 1 (Cruzado):
Permite aplicar duas forças opostas, cada uma a 20 cm do centro.
Como há um binário: τ1=F⋅20+F⋅20=40F
- Modelo 2 (L):
Tem braço de 30 cm. Só permite uma força: τ2=F⋅30=30F
- Modelo 3 (T):
Tem braço de 25 cm, também com uma única força: τ3=F⋅25=25F
4.2 Verificação Intermediária 📌
Comparando os torques:
- Modelo 1 → 40F
- Modelo 2 → 30F
- Modelo 3 → 25F
Ou seja, o Modelo 1 oferece o maior torque total.
4.3 Possível armadilha ❓✔
Você pode pensar que o modelo com o braço mais comprido (Modelo 2, com 30 cm) é o melhor. Mas o Modelo 1 aplica duas forças simultaneamente, dobrando o torque!
É isso que faz dele mais eficiente: ação de um binário.
4.4 Fechamento e Expectativa
Logo, esperamos encontrar uma alternativa que mencione a ação de um binário de forças como diferencial do Modelo 1.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
5.1 Listagem das Alternativas
A) Modelo 1, pelo menor momento de força
B) Modelo 1, pelo binário de forças
C) Modelo 2, pelo maior braço
D) Modelo 3, pois o braço pode variar
E) Modelo 3, pelo maior torque
5.2 Justificativa Individual
- (A) 🔴 Errada.
Modelo 1 tem o maior, não o menor torque. - (B) 🟢 Correta.
Modelo 1 permite aplicar duas forças opostas (binário), o que aumenta o torque total. - (C) 🔴 Errada.
Modelo 2 tem braço de 30 cm, mas só permite uma força. O binário do modelo 1 supera. - (D) 🔴 Errada.
A possibilidade de variar o braço não é mencionada nem relevante aqui. - (E) 🔴 Errada.
O maior torque não é do modelo 3 (25F), mas do modelo 1 (40F).
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
6.1 Resumo do Raciocínio 📌
A aplicação de duas forças opostas no modelo 1 cria um binário que aumenta o torque total, facilitando a retirada da roda mais do que qualquer outro modelo.
6.2 Gabarito Reafirmado 📌
✅ Alternativa correta: Letra B – modelo 1, pela ação de um binário de forças.
6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
🔧 Torque depende do braço e da força. Se houver duas forças opostas, o efeito rotacional se soma: isso é um binário!
