Laboratório de Torque e Chave de Boca

Laboratório de Torque e Chave de Boca é uma simulação 3D interativa de mecânica rotacional que visualiza tanto o módulo escalar tau = r F sen theta quanto o produto vetorial 3D pela regra da mão direita tau = r x F. Uma chave de aço envolve um parafuso sextavado em uma bancada enquanto os estudantes arrastam o ponto de aplicação da força ao longo do cabo (r de 0,15 m a 0,65 m) e variam o ângulo de tração theta (15 a 165 graus). Setas 3D codificadas por cores mostram o vetor braço de alavanca r ao longo da chave, o vetor força aplicada F, o braço de momento perpendicular amarelo r_perp = r sen theta e o vetor torque verde vertical subindo pelo eixo do parafuso. Quando tau supera o limite de atrito estático, o parafuso se solta e gira.

• Arraste a empunhadura laranja para fora de r = 0,20 m até r = 0,60 m e veja a seta verde vertical de Torque tau = r x F crescer até que o parafuso travado se solte e gire.
• Varie o Ângulo de tração theta de 30 graus para 90 graus e depois para 150 graus, observando como o braço de momento amarelo r sen theta atinge seu máximo quando você puxa perpendicularmente à chave.
• Clique no botão Fixar theta = 90 graus ou clique no parafuso sextavado para alinhar a força perpendicularmente ao braço de alavanca e comparar o torque com uma tração oblíqua.
• Mude para a vista de câmera Plano superior (r x F) para inspecionar o triângulo retângulo geométrico formado pelo braço de alavanca r, a linha de ação de F e o braço de momento perpendicular r sen theta.
• Aumente o Atrito de destravamento do parafuso para 85 N·m e encontre a combinação mínima de braço de alavanca r e força F necessária para afrouxar o parafuso.

1. 1Calcular o módulo do torque usando tau = r F sen theta e identificar o braço de momento perpendicular r_perp = r sen theta.
2. 2Usar a regra da mão direita em 3D para determinar a direção axial e o sentido do vetor torque tau = r x F.
3. 3Explicar por que puxar a 90 graus em relação ao cabo de uma chave produz torque máximo, enquanto puxar ao longo do cabo (0 ou 180 graus) produz torque zero.
4. 4Prever se um torque aplicado vencerá o limite de atrito estático e produzirá aceleração angular.

Perguntas frequentes dos professores