Definição
Um campo de força é um mapa da força sentida em uma área específica do espaço. Para explicar isso melhor, devemos primeiro descrever um campo. Embora possa parecer misterioso, um campo, na física, é na verdade apenas um mapa de uma determinada quantidade em uma área do espaço. Por exemplo, se você caminhou ao redor do campo de um fazendeiro real, fez medições de temperatura e escreveu essas medições em um mapa, você teria apenas desenhado um campo de temperatura. Abaixo está um exemplo de um campo de temperatura dos Estados Unidos:
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Em vez disso, se você caminhasse ao redor do mesmo campo do fazendeiro e medisse a velocidade e a direção do vento, você criaria um campo de velocidade do vento. Nesses tipos de mapas, o comprimento da seta representa a velocidade do vento – mais longo significa mais rápido. Sempre que temos o comprimento de uma seta para representar um número, as setas são chamadas de vetores. Portanto, esse mapa de velocidade do vento seria chamado de campo vetorial, e também é um campo de força, porque é um mapa da força do vento sentido sobre a área. Já o referido campo de temperatura, por conter apenas números e nenhuma seta com direção, é denominado campo escalar.
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Um vetor é uma quantidade com um número e uma direção, como a velocidade do vento. Um escalar é uma quantidade que é apenas um número, sem direção. Força é um vetor porque tem tamanho e direção – você sente uma força, ou um empurrão, em uma direção específica. Por causa disso, todos os campos de força são campos vetoriais.
Exemplos de campos de força
Em física, falamos sobre campos magnéticos, campos elétricos e campos gravitacionais. Todas essas coisas parecem impressionantes, mas na verdade são apenas maneiras de mostrar uma força sentida sobre uma área do espaço.
Se você mover uma bússola perto de um ímã, a agulha se moverá. Os ímãs aplicam forças a certos materiais magnéticos, incluindo a agulha da bússola. Se você mover essa bússola para vários lugares diferentes e anotar a direção que ela aponta, você está desenhando um campo magnético .
Um campo magnético é um campo de força que representa a força que as cargas móveis dentro dos metais sentem em diferentes pontos do espaço. Se você estiver mais perto do ímã, o campo magnético é mais forte. Se você estiver mais longe, é mais fraco. Ou em outras palavras, a força que a agulha da bússola sente é mais forte quando ela está mais perto do ímã.
O campo magnético de um ímã em barra é mais ou menos assim:
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A Terra também possui um campo magnético, razão pela qual as bússolas apontam para o norte geográfico.
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Quando você deixa cair uma bola de beisebol e a deixa cair no chão, ela sente a força da gravidade. Isso ocorre porque a Terra tem seu próprio campo de força, que chamamos de campo gravitacional. Assim como fizemos com a barra magnética, poderíamos soltar a bola em diferentes locais e desenhar setas (vetores) para mostrar o tamanho e a direção da força que ela sente. Este mapa de setas seria o campo gravitacional da Terra, mostrado abaixo. (Tecnicamente, a bola de beisebol deve ter exatamente 1 quilograma, pois é assim que definimos os campos gravitacionais.)
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Resumo da lição
- Um campo de força na física é um mapa de uma força sobre uma área específica do espaço. Este poderia ser um mapa da força que sente as cargas dentro de uma agulha de bússola, caso em que o chamamos de campo magnético. Ou pode ser a força sobre uma massa de 1 quilograma perto da Terra, caso em que a chamamos de campo gravitacional. Mas como esses dois campos são mapas de forças, eles são campos de força.
- Existem dois tipos principais de campos: campos escalares e campos vetoriais. Visto que a força é um vetor – tem tamanho e direção, como uma seta – todos os campos de força são campos vetoriais.
- Exemplos de campos de força incluem campos magnéticos, campos gravitacionais e campos elétricos.