Forças desequilibradas definidas
Qualquer empurrão ou puxão é uma força . Para descrever uma força, você deve saber duas coisas. Você deve saber o tamanho da força e a direção da força. Suponha que duas equipes estejam jogando cabo de guerra. Cada equipe está puxando com igual força, mas em direções opostas. Nenhuma equipe pode fazer a outra equipe se mover. Forças que são iguais em tamanho, mas em direções opostas são chamadas de forças equilibradas .
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Forças equilibradas não causam uma mudança no movimento. Quando forças equilibradas atuam sobre um objeto em repouso, o objeto não se move. Se você empurra contra uma parede, a parede empurra para trás com uma força igual, mas oposta. Nem você nem a parede se moverão. As forças que causam uma mudança no movimento de um objeto são forças desequilibradas .
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As forças desequilibradas não são iguais e opostas. Suponha que uma das equipes em cabo de guerra puxa com mais força do que a outra equipe. As forças não seriam mais iguais. Uma equipe seria capaz de puxar a outra equipe na direção da força maior.
Força e Movimento
Mais de uma força pode atuar em um objeto ao mesmo tempo. Se você segurar um clipe de papel próximo a um ímã, você, o ímã e a gravidade exercem forças sobre o clipe de papel. A combinação de todas as forças agindo sobre um objeto é a força resultante . Quando mais de uma força está agindo sobre um objeto, a força resultante determina o movimento do objeto. Neste exemplo, o clipe de papel não está se movendo, então a força resultante é zero.
Como as forças se combinam para formar a força resultante? Se as forças estiverem na mesma direção, elas se somam para formar a força resultante. Suponha que você e um amigo sejam solicitados a mover um piano para o professor de música. Para fazer isso, você puxa uma extremidade do piano e seu amigo empurra a outra extremidade. Juntas, suas forças somam força suficiente para mover o piano. Isso ocorre porque suas forças estão na mesma direção. Como as forças estão na mesma direção, elas podem ser somadas para determinar a força resultante. Nesse caso, a força resultante é de 45 N, o que é suficiente para mover um piano – se ele estiver sobre rodas, claro!
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Se duas forças estão em direções opostas, a força resultante é a diferença entre as duas forças e está na direção da força maior. Considere dois cães jogando cabo de guerra com um pedaço de corda curta. Cada um está exercendo uma força, mas em direções opostas.
Observe abaixo que o cachorro da esquerda está puxando com uma força de 10 N, e o cachorro da direita está puxando com uma força de 12 N. Qual cachorro você acha que vai ganhar o cabo de guerra? Como as forças estão em direções opostas, a força resultante é determinada subtraindo a força menor da maior. Nesse caso, a força resultante é 2 N na direção do cão da direita. Dê a esse cachorro um biscoito de cachorro!
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Forças desequilibradas em ação
Forças desequilibradas podem alterar o movimento de um objeto de duas maneiras. Quando forças desequilibradas atuam sobre um objeto em repouso, o objeto se move. Nos dois exemplos mencionados anteriormente, a força resultante no objeto é maior que zero. Forças desequilibradas produziram mudança no movimento (aceleração) e os receptores das forças – o piano e a corda – moveram-se. Forças desequilibradas são necessárias para fazer com que um objeto imóvel comece a se mover.
Em segundo lugar, quando forças desequilibradas atuam em um objeto em movimento, a velocidade do objeto muda. Lembre-se de que uma mudança na velocidade significa uma mudança na velocidade, direção ou velocidade e direção. Por exemplo, considere um jogo de futebol. A bola de futebol já está se movendo quando é passada de um jogador para outro. Quando a bola atinge o segundo jogador, o jogador exerce uma força desequilibrada – um chute – na bola. Após o chute, a bola se move em uma nova direção e com uma nova velocidade.
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Exemplos de forças desequilibradas
Uma força pode agir sobre um objeto sem fazer com que ele acelere se outras forças cancelarem o empurrão ou puxão da força. Olhe para esta figura:
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Se você e seu amigo empurrarem uma porta com a mesma força em direções opostas, a porta não se moverá. Porque ambos exercem forças do mesmo tamanho em direções opostas da porta, as duas forças se cancelam.
Duas ou mais forças exercidas sobre um objeto são equilibradas se seus efeitos se cancelam e não causam uma alteração no movimento do objeto. Se as forças em um objeto estão equilibradas, a força resultante é zero. Se as forças são forças desequilibradas, os efeitos não se cancelam. Sempre que as forças que atuam sobre um objeto estão desequilibradas, a força resultante não é zero e o movimento do objeto muda.
A figura abaixo demonstra que a força horizontal que atua sobre um refrigerador é F. Se F for a única força que atua sobre o refrigerador, então ele irá acelerar horizontalmente (a). O diagrama de corpo livre mostra a força horizontal líquida atuando no refrigerador (b).
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Esta figura mostra que, quando duas pessoas aplicam forças iguais e opostas a uma geladeira, essas duas forças se cancelam e a força resultante é igual a zero. Isso significa que não pode haver nenhuma aceleração horizontal (a).
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Se você subir em um skate e alguém lhe der um empurrão, você e seu skate começarão a se mover. Você começou a se mover quando a força foi aplicada. Um objeto em repouso – como você em seu skate – permanece em repouso a menos que uma força desequilibrada atue sobre ele e faça com que ele se mova.
Como uma força teve que ser aplicada para fazer você se mover quando você e seu skate estavam em repouso, você pode pensar que uma força deve ser aplicada continuamente para manter um objeto em movimento. Surpreendentemente, não é esse o caso. Um objeto pode estar se movendo mesmo se a força resultante atuando sobre ele for zero. Uma bola de futebol, por exemplo, recebe uma força desequilibrada ao ser chutada. No entanto, a bola continua a rolar ao longo do solo muito depois de terminar a força do chute.
Às vezes, duas ou mais forças podem atuar em uma massa ao mesmo tempo. Essas combinações de forças podem se equilibrar. Portanto, as forças nem sempre causam movimento ao empurrar ou puxar. Se as forças estão equilibradas, o objeto permanece em repouso. Você pode ver um exemplo desse equilíbrio nesta figura. As forças flutuantes e gravitacionais são mostradas opostas uma à outra. O objeto, neste caso, permanece em repouso.
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Se duas forças atuam sobre uma massa ao mesmo tempo, mas em direções opostas, o movimento será na direção da força maior se as forças forem desiguais, como mostrado nesta figura:
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O atrito é uma força que atua na direção oposta ao movimento. Se não houvesse força de atrito, um jogador de beisebol nunca pararia e estaria continuamente se movendo na direção do movimento.
Forças equilibradas não fazem com que um objeto imóvel comece a se mover. Além disso, as forças equilibradas não causarão uma mudança no movimento de um objeto em movimento. Muitos objetos ao seu redor possuem apenas forças equilibradas atuando sobre eles. Por exemplo, uma luz pendurada no teto não se move porque a força da gravidade puxando a luz para baixo é equilibrada por uma força elástica devida à tensão que puxa a luz para cima. Um ninho de pássaro em uma árvore e um chapéu apoiado na cabeça também são exemplos de objetos com apenas forças equilibradas agindo sobre eles. Esta figura mostra outro caso em que as forças em um objeto são equilibradas. Como todas as forças estão equilibradas, o castelo de cartas não se move.
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Resumo da lição
Forças que são iguais em tamanho, mas em direções opostas são chamadas de forças equilibradas . As forças equilibradas não causam uma mudança no movimento dos objetos. As forças que causam uma mudança no movimento dos objetos são chamadas de forças desequilibradas . Forças desequilibradas podem alterar o movimento de um objeto de duas maneiras.
Resultados de Aprendizagem
Depois de concluir esta lição, você será capaz de:
- Diferencie entre forças equilibradas e desequilibradas
- Explique como forças desequilibradas mudam o movimento de um objeto
- Descreva exemplos de forças desequilibradas e equilibradas