Tipos de forças
Dê uma olhada ao seu redor. Existem todos os tipos de objetos fixos e móveis. Todos esses objetos têm forças agindo sobre eles, mas podem ser diferentes para cada objeto. Como sabemos quais forças estão agindo sobre um determinado objeto? A primeira coisa que precisamos fazer é revisar os tipos de forças que podem atuar sobre um objeto. Existem alguns tipos básicos que você deve conhecer para o propósito desta lição.
A gravidade é uma força com a qual você está muito familiarizado porque é o peso de um objeto. A gravidade é o que o puxa para a Terra, mas você certamente não precisa estar em contato com o solo para que a gravidade tenha um efeito sobre você. O oposto da gravidade está a força normal . Essa é a força que equilibra o peso de um objeto em uma superfície. O solo apóia seus pés com a força normal, para que você não caia no chão, assim como uma mesa apóia um livro com a força normal quando ele fica parado. A força normal é sempre igual em magnitude e oposta na direção da gravidade.
Um objeto também pode ter atrito agindo sobre ele. O atrito é uma força que ocorre quando dois objetos se esfregam, restringindo ou impedindo o movimento. A resistência do ar é uma fricção que atua sobre um objeto no ar, como quando uma pena flutua lentamente até o solo em vez de cair rapidamente.
A força aplicada é a força aplicada a um objeto a partir de outro, como você empurrando um móvel para movê-lo pelo chão. Tensão é a força exercida por um objeto totalmente esticado, enquanto a força da mola é a força exercida por uma mola comprimida.
Duas outras forças são semelhantes à gravidade, pois atuam sobre objetos que não estão se tocando. Um deles, a força elétrica , é a atração ou repulsão entre dois objetos carregados, como o que vemos entre partículas atômicas como prótons e elétrons. Finalmente, a força magnética é a força exercida entre dois pólos magnéticos, como quando você coloca as extremidades opostas de dois ímãs juntas.
Diagramas de corpo livre
Na maioria das vezes, você saberá se um ímã ou força elétrica está sendo exercida, porque essas são situações bem específicas.
Mas para outros objetos, podemos identificar as forças presentes desenhando diagramas de corpo livre . Esses são diagramas de vetores de força que fornecem uma representação visual de um objeto e das forças que atuam sobre ele. Ao desenhar diagramas de corpo livre, cada força é representada por uma seta (um vetor). O tamanho da seta mostra a magnitude relativa da força, enquanto a direção que a seta está apontando nos diz em qual direção a força está agindo. Em um diagrama de corpo livre, uma caixa é usada para representar o objeto e setas (as forças) são desenhadas de seus lados.
Depois de colocar tudo isso junto, é muito simples descobrir quais forças estão agindo sobre um determinado objeto. Vamos aplicar nosso conhecimento de forças a alguns exemplos para ver como isso funciona.
Digamos que temos um objeto em repouso no solo. Sabemos que a gravidade atua para baixo conforme o peso do objeto, e também sabemos que, como o objeto está repousando sobre uma superfície, a força normal se opõe à força gravitacional, certo? Portanto, neste caso, podemos ver que as forças individuais que atuam sobre este objeto são a gravidade e a força normal. Ele não está se movendo e não há outros objetos exercendo forças sobre ele, então provavelmente podemos supor que não há nenhuma força horizontal agindo nesta situação.
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Que tal outro exemplo? Desta vez, alguém está empurrando nosso objeto pelo chão. O objeto ainda tem peso, então sabemos que a gravidade está em ação aqui. Como a força normal se opõe à gravidade, também sabemos que essa força também está sendo exercida sobre o objeto. A pessoa que empurra o objeto aplica uma força ao objeto, portanto, há uma força aplicada movendo o objeto pelo chão. E uma vez que o objeto está se movendo através de uma superfície, o atrito também deve estar presente, trabalhando contra o movimento do objeto. Faz sentido, certo?
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Vamos tentar outro, mas vamos complicar um pouco. Desta vez, uma garota está pendurada, imóvel, segurando duas cordas presas ao teto. Cada mão segura uma corda para que seu peso seja distribuído igualmente entre elas. Quais forças estão atuando aqui? Bem, ela ainda tem peso, então há gravidade puxando-a para a Terra. Mas desta vez ela está suspensa no teto por cordas esticadas, então a força agindo contra seu peso é a tensão em vez da força normal. Cada corda tem a mesma quantidade de tensão, e nosso diagrama de corpo livre representa isso pelo tamanho das setas que apontam para cima. Não se esqueça de que você precisa de duas flechas para essa tensão porque cada corda exerce metade da força de tensão total segurando a garota!
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E se aquela garota soltar as cordas? Quais forças agem sobre ela quando ela cai em direção ao chão? A gravidade definitivamente age sobre ela porque está puxando-a para o chão (e esperemos que ela não tenha muito para cair!). Mas quando ela cai, ela encontra atrito no ar, então a resistência do ar age sobre ela, mas na direção oposta à gravidade.
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Uma vez no chão, vemos novamente como a gravidade e a força normal estão agindo sobre ela enquanto ela se recupera da queda.
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Resumo da lição
Identificar quais forças estão agindo sobre um objeto é bastante simples. Você precisa ter uma compreensão dos diferentes tipos de forças e como elas afetam os objetos, como a gravidade puxando os objetos para baixo ou o atrito agindo contra o movimento de um objeto. Então, se ajudar, você pode desenhar um diagrama de corpo livre. A ilustração das forças vetoriais junto com o objeto de interesse pode fornecer uma boa representação visual das forças individuais e em que direção estão agindo.
Resultados da lição
Assista e revise esta lição em sua totalidade para:
- Repita os nove tipos diferentes de força mencionados na lição e dê exemplos de cada um
- Indique o propósito de um diagrama de corpo livre e demonstre como usá-lo
- Identifique as diferentes forças que atuam sobre um objeto