UNICAMP 2009 (2ª fase) — questão 5 de Física

Enunciado em texto
Grandes construções representam desafios à engenharia e demonstram a capacidade de realização humana. Pontes com estruturas de sustentação sofisticadas são exemplos dessas obras que coroam a mecânica de Newton.
a) A ponte pênsil de São Vicente (SP) foi construída em 1914. O sistema de suspensão de uma ponte pênsil é composto por dois cabos principais. Desses cabos principais partem cabos verticais responsáveis pela sustentação da ponte. O desenho esquemático da figura 1 abaixo mostra um dos cabos principais (AOB), que está sujeito a uma força de tração exercida pela torre no ponto B. A componente vertical da tração tem módulo igual a um quarto do peso da ponte, enquanto a horizontal tem módulo igual a N. Sabendo que o peso da ponte é N, calcule o módulo da força de tração .
b) Em 2008 foi inaugurada em São Paulo a ponte Octavio Frias de Oliveira, a maior ponte estaiada em curva do mundo. A figura 2 mostra a vista lateral de uma ponte estaiada simplificada. O cabo AB tem comprimento L = 50 m e exerce, sobre a ponte, uma força de módulo igual a N. Calcule o módulo do torque desta força em relação ao ponto O. Dados:
(Figura 1 – Ponte pênsil: entre duas torres, o cabo principal AOB tem forma de U, com o ponto mais baixo O na origem dos eixos x (horizontal) e y (vertical); dele descem cabos verticais até o tabuleiro da ponte. No ponto B, no alto da torre da direita, atua a tração , inclinada para cima e para a direita, com a componente vertical e a horizontal desenhadas.)
(Figura 2 – Ponte estaiada: uma torre vertical tem o topo B e a base O no tabuleiro. O cabo AB, de comprimento L, vai do ponto A do tabuleiro, à esquerda de O, até B, fazendo 45° com a torre; outro cabo vai de B até o ponto C, à direita. A força está desenhada no ponto A, ao longo do cabo, apontando para B.)
(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2009, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) o módulo da tração no cabo, conhecidas as suas componentes; (b) o torque da força do estai AB em relação à base O da torre.
Item (a) — as componentes. A vertical é um quarto do peso:
As componentes são perpendiculares, então o módulo sai por Pitágoras:
Item (b) — a geometria. O cabo AB faz 45° com a torre, e a torre é perpendicular ao tabuleiro. Então o triângulo AOB é retângulo em O e isósceles: m.
O torque. A força está aplicada em A, ao longo do cabo, a 45° do tabuleiro. Só a componente perpendicular a OA gira em torno de O, a componente vertical :
Conferindo: outro jeito é usar o braço de alavanca, a distância de O até a linha do cabo. Num triângulo retângulo isósceles de hipotenusa 50 m, a altura relativa à hipotenusa vale metade dela, 25 m. E 1,8 × 10⁷ × 25 = 4,5 × 10⁸ N·m.
⚠️ A armadilha: multiplicar a força inteira pelo comprimento do cabo, N·m. O torque usa a distância perpendicular entre O e a linha de ação da força, que é 25 m, não 50 m.
A ideia em uma frase: componentes perpendiculares se somam por Pitágoras; e torque é força vezes braço perpendicular, ou componente perpendicular vezes distância.
Resposta: (a) N; (b) N·m.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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