Física I ⇒ O problema da balança Tópico resolvido

[jaquecusto]

A balança de comparação de massa guarda em si um desafio perturbador.

Digamos que seja posto em cada prato de uma balança um peso-padrão cuja massa seja exatamente igual a 1 kg. Para efeitos práticos, adotamos a aceleração de 9,8 m/s^2. Desta maneira, em cada prato, desprezada a massa dos mesmos e a massa dos braços da balança, será aplicada uma força de 9,8 newtons.

O mecanismo da balança fará com que a força aplicada por um dos pesos-padrão seja anulada pelo peso-padrão que se encontra no prato oposto. Trata-se de uma situação de equilíbrio "ideal" de forças, no qual a força-peso aplicada em um dos pratos é anulada pela força aplicada pelo outro.

Assim sendo, por que os braços da balança alinham-se ao horizonte?

Se não há diferença de força entre os mesmos, aparentemente nada impediria que, por exemplo, o prato da esquerda tocasse o solo e o prato da direita ficasse num ponto mais alto indefinidamente.

A questão de ordem física é a seguinte:

Como provar que, através de uma análise vetorial de forças envolvidas na balança, é possível evidenciar o aparecimento de um torque que leve esse sistema à posição horizontal.

[jaquecusto]

Segundo um colega de um fórum estrangeiro, o nivelamento da balança pode ser explicado através da hidrostática, ou seja, pelo empuxo da atmosfera nos braços da balança. O empuxo no prato mais baixo é alto e o empuxo do prato mais alto é baixo.

[jaquecusto]

Mais uma explicação interessante, dada por um colega de outro fórum estrangeiro:

Talvez o centro de massa esteja no ponto mais baixo quando o feixe é horizontal. Se fosse movido para um ângulo, talvez o centro de massa fosse elevado a um nível mais alto. Isso dependeria de como o equilíbrio é construído. Funcionaria de maneira semelhante a um pêndulo.
Tradução Automática.

A explicação vale para mecanismos complexos, mas não vale para uma simples barra apoiada por um pivot central.

Pelo que percebo, a física clássica não resolve satisfatoriamente esse problema.

[felix]

i) A força que atua nos pratos da balança não é o peso dos elementos que estão sobre o prato, mas sim a força normal. As normais não devem ser iguais. por isso, evidencia-se o não equilíbrio. E o fato das normais serem diferentes, provavelmente deve-se a diferença dos empuxo que os corpos, sobre os pratos, recebem do ar.