Nos automóveis, é importante garantir que o centro de massa (CM) de cada conjunto roda/pneu coincida com o seu centro geométrico. Esse processo é realizado em uma máquina de balanceamento, na qual o conjunto roda e pneu é colocado para girar a uma velocidade de valor constante. Com base nas oscilações medidas, a máquina indica a posição do centro de massa do conjunto, e pequenas peças de chumbo são fixadas em lugares específicos da roda até que as vibrações diminuam. Durante o treinamento de sua equipe, a fim de corrigir a posição do centro de massa indicada pela máquina, um mecânico apresenta o esquema a seguir, com cinco possíveis pontos da roda para posicionar uma peça de chumbo.
Em qual ponto deve ser fixada a peça de chumbo para corrigir a posição do centro de massa desse conjunto roda/pneu?
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Física: conceitos de centro de massa, torque e equilíbrio dinâmico.
Nível da Questão: Fácil
Gabarito: LETRA C
1º Passo: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Comando: Identificar o ponto onde a peça de chumbo deve ser fixada para corrigir a posição do centro de massa (CM) do conjunto roda/pneu.
Palavras-chave:
- “Centro de massa”
- “Corrigir posição”
- “Peça de chumbo”
Objetivo: Determinar o local na roda onde a peça de chumbo deve ser fixada para que o centro de massa do conjunto coincida com o centro geométrico.
Dica Geral:
⚠️ O equilíbrio do centro de massa é alcançado quando o torque gerado pelas forças atuantes é anulado. O chumbo deve ser fixado no lado oposto ao deslocamento do centro de massa.
2º Passo: Tradução e Interpretação do Problema
No esquema, o ponto marcado como CM indica a posição atual do centro de massa, que está deslocado em relação ao centro geométrico da roda. Para corrigir esse deslocamento:
- A peça de chumbo deve ser fixada em uma posição que compense o desbalanceamento.
- Isso é feito adicionando uma massa em um ponto oposto ao deslocamento do CM para gerar um torque contrário e reequilibrar o sistema.
3º Passo: Explicação de Conceitos Necessários
- Centro de Massa (CM):
- É o ponto onde a massa do objeto está concentrada para fins de análise do movimento.
- Se o CM não coincidir com o centro geométrico da roda, ocorrerão vibrações durante o giro.
- Correção do Deslocamento:
- Para equilibrar o sistema, é necessário adicionar uma massa em um ponto oposto ao deslocamento do CM.
- Isso gera um torque que compensa o desequilíbrio e estabiliza o sistema.
- Torque e Força:
- O torque é dado por τ=F⋅d\tau = F \cdot dτ=F⋅d, onde FFF é a força aplicada e ddd é a distância perpendicular ao eixo de rotação.
- Adicionar peso em um ponto oposto ao CM reduz o torque causado pelo desbalanceamento.
4º Passo: Análise das Alternativas
A) Ponto 1.
Errada. O ponto 1 está muito próximo ao CM deslocado, o que não geraria um torque significativo para corrigir o desbalanceamento.
B) Ponto 2.
Errada. O ponto 2 está na mesma direção do deslocamento do CM, o que aumentaria o desequilíbrio.
C) Ponto 3.
Correta. O ponto 3 está diretamente oposto ao deslocamento do CM. Fixar a peça de chumbo neste ponto cria um torque que compensa o desbalanceamento e recentraliza o CM.
D) Ponto 4.
Errada. O ponto 4 está em uma posição que não contrabalança diretamente o deslocamento do CM.
E) Ponto 5.
Errada. O ponto 5, assim como o ponto 2, está na direção do deslocamento do CM, o que ampliaria o problema.
Dica Geral:
⚠️ Sempre localize o ponto oposto ao deslocamento do centro de massa para corrigir desbalanceamentos em sistemas rotacionais.
5º Passo: Conclusão e Justificativa Final
Conclusão:
A alternativa correta é C) Ponto 3, pois fixar a peça de chumbo neste ponto compensa o deslocamento do centro de massa, equilibrando o conjunto roda/pneu.
Resumo Final:
Para corrigir o desbalanceamento de um sistema rotacional, a peça de chumbo deve ser fixada no ponto oposto ao deslocamento do CM, criando um torque que anula o desequilíbrio. No esquema apresentado, o ponto 3 é o local ideal para atingir esse equilíbrio.
