FORÇAS

Olá outra vez! Achavam que se iam livrar de mim assim tão facilmente? Nem pensar ainda tenho muito que postar... por isso preparem-se. Nesta mensagem vou abordar o tema das Forças. Mas hoje não vou ser eu a apresentar-vos este tema, mas sim o físico Isaac Newton!

Newton: Olá, como vocês já sabem eu sou o físico Isaac Newton e não só fiz várias descobertas e estudos sobre as Forças como também na área da matemática. Algumas das descobertas que fiz inovaram e deram um grande avanço à ciência, que atualmente ainda são muito utilizadas para estudos importantes.

Alguma vez viste uma Força? Não, porque as Forças não se veem. Apenas se consegue identificar a existência de uma Força, quando esta está a atuar num corpo através dos seus efeitos de alteração do estado de repouso ou de movimento do corpo e da deformação do corpo, tal como estudaste anteriormente.

As Forças são grandezas vetoriais, por isso são caracterizadas por:

• Intensidade ou valor;
• Ponto de aplicação;
• Direção;
• Sentido. 
• (se quiseres saber mais sobre estas variedades de caraterização clica aqui)

 

Na imagem ao lado está representado um vetor. Neste caso, o vetor tem de sentido para a direita, de direção horizontal com intensidade 5N. Newton ou N é como se representada a intensidade ou valor do vetor, segundo o SI (Sistema Internacional de Unidade), tal como também se utiliza para calcular o peso dos corpos. 

1. Força Resultante

Chama-se força resultante à soma vetorial do conjunto das forças aplicadas no mesmo corpo.

Duas forças com a mesma direção:

• mesmo sentido ➝ soma-se a intensidade das forças para obter a intensidade da força resultante (Fr)

Fr = F1 + F2

Fr = 80 + 100 ⇔ Fr = 180N

• sentidos opostos ➝ subtrai-se a intensidade das 2 forças.

Fr = F4 - F3
Fr = 100 - 80 ⇔ Fr = 20N
 
Duas forças com diferentes direções:

• duas forças com um ângulo igual a 90º ➝ utiliza-se o Teorema de Pitágoras;

F5 ➝ 80N
F6 ➝ 100N

Fr² = F5² + F6²
Fr² = 100² + 80² ⇔ Fr² = 10000 + 6400 ⇔ Fr = √10000 + √6400 ⇔ Fr = 100 + 80 ⇔ Fr = 180N

• duas forças com um ângulo diferente de 90º ➝ não é possível utilizar o Teorema de Pitágoras. 

1. utilizar a regra do paralelogramo (traçar as retas paralelas aos vetores).
2. traçar o vetor Fr.
3. medir o vetor e utilizar a escala para saber a intensidade de Fr.

E agora um pequeno exercício.
Calcula a força resultante dos vetores representados na seguinte figura:

Se quiserem saber a resposta correta, basta comentarem para eu a poder confirmar. Obrigada.

2.  Força de Reação Normal

N tem mesma direção e intensidade que P, mas sentido oposto.
Logo Fr é nula ➝ o corpo encontra-se em repouso.

N ➝ força de reação normal
Força aplicada no corpo perpendicular à superfície da mesa.

Ex.: Um livro apoiado numa mesa.


Se o plano for inclinado, o corpo não fica em repouso, pois mesmo que a força normal tenha a mesma intensidade, a direção e o sentido não são os mesmos.




3. Forças de Atrito

As forças de atrito são forças de contacto que se opõem sempre ao movimento de um corpo.
Dependem das superfícies de contacto e da massa do corpo. Normalmente, a força de atrito tem a mesma direção, mas também tem sentido e intensidade diferentes do vetor de movimento do corpo em que foi aplicada.

4. 1ª Lei de Newton - Lei da Inércia

CONCEITO DA 1ª LEI DE NEWTON: Qualquer corpo permanece no estado de repouso ou em movimento rectilíneo uniforme se o conjunto de forças que nele actuam tem resultante nula.

 Até o Garfield conhece esta lei:

 

A Lei da Inércia também é aplicada quando um autocarro para de repente, e somos lançados para a frente (Fig. 1), portanto o autocarro para de estar em movimento, como também é aplicada quando o autocarro arranca e retoma o andamento, e somos lançados para o assento (Fig. 2), portanto o autocarro para de estar em repouso.

Fig. 1

Fig. 2

 



5. 2ª Lei de Newton - Lei Fundamental do Movimento

 CONCEITO DA 2ª LEI DE NEWTON: A força resultante do conjunto das forças que atuam num corpo produz nele uma aceleração com a mesma direção e o mesmo sentido da força resultante. Esta aceleração é tanto maior quanto maior for a intensidade da força resultante (velocidade varia).
 

Com este triângulo é bastante fácil de decorar as formulas de calculo.

Por exemplo, se eu quiser calcular a Força Resultante (Fr) de um corpo em movimento e apenas souber a sua massa e aceleração, tenho que tapar com um dos meus dedos Fr e ver qual a expressão que devo usar.

• Para calcular a Força Resultante: m ✖ a
• Para calcular a massa: Fr/a
• Para calcular a aceleração: Fr/m

Com a 2ª Lei de Newton, podemos concluir que:

• A força resultante que atua num corpo tem a mesma direção e sentido que a sua aceleração;
• A aceleração é tanto maior quanto maior for a intensidade da força resultante;
• Enquanto a força resultante se mantiver constante, a aceleração também se mantém constante. Este movimento, representado graficamente chamar-se-ia de movimento uniformemente acelerado ou movimento uniformemente retardado;
• Quanto maior é a massa do corpo menor é a sua aceleração.

6. Caso Particular da 2ª Lei de Newton:

Quando a única força que atua num corpo é o peso, ele cai para a Terra com uma aceleração que se chama aceleração gravítica.
O peso e a aceleração gravítica têm a mesma direção e o mesmo sentido➝ direção vertical e sentido descendente.
O valor da aceleração gravítica depende do local da Terra onde o corpo se encontra.

Até o Garfield sabe perder peso sem levantar um peso:

Tal como vos tinha mostrado anteriormente um triângulo parecido com este para vos facilitar a memória e não ter de estar a decorar aquele monte de expressões, neste triângulo acontece o mesmo, mas neste caso a física decidiu facilitar-nos a vida, pois o valor da aceleração gravítica em Portugal é de 9,8 m/s² e será com esse valor que iremos trabalhar neste blogue. :)

• Para calcular o Peso: m ✖ g (9,8)
• Para calcular a massa: P/g (9,8) 

•  Com estas expressões podes calcular o Peso de um corpo quando conheces a massa e vice-versa.

7. 3ª Lei de Newton - Lei da Ação-Reação

CONCEITO DA 3ª LEI DE NEWTON: Quando dois corpos estão em interação, a ação de um corpo sobre outro corresponde sempre uma reação igual e oposta que o segundo corpo exerce sobre o primeiro.

  
As forças descrevem a interação entre dois corpos, que atuam sempre aos pares.
Quando um corpo exerce uma força sobre outro, o segundo exerce também uma força sobre o primeiro. Qualquer uma das duas forças pode ser chamada ação, sendo a outra designada por reação. O conjunto das duas forças constitui um par ação-reação.

As forças que constituem um par ação-reação podem atuar por contacto ou à distância e são caracterizadas por:

• terem a mesma direção;
• terem a mesma intensidade;
• terem sentidos opostos;
• serem aplicadas em corpos diferentes (uma em cada corpo). 

 ATENÇÃO: As forças que formam um par ação-reação têm os seus pontos de aplicação em corpos diferentes. É por isso que nunca podes determinar a resultante dessas duas forças.

E porque não há duas sem três, o Garfield também tinha de conhecer a 3ª Lei de Newton:

 

E para terminar, aqui vai um vídeo (em inglês) que resume e explica muito bem as três leis de Newton.
Espero que vos tenha ajudado a perceber esta matéria das Forças e das Leis de Newton.
Já sabem se tiverem alguma duvida é só comentar. :)