Forces vêm em pares
Em outra lição, aprendemos sobre força , que é um empurrão ou puxão resultante de uma interação entre objetos. Como uma força tem magnitude e direção, é uma grandeza vetorial . A magnitude é «quanto» e a direção é «para que lado» da força.
Todas as coisas podem exercer forças, às vezes sem nem mesmo tocar o outro objeto com o qual está interagindo! Fricção , que é a força que atua sobre um objeto na direção oposta ao movimento, é a resistência que você sente quando arrasta algo pelo chão. O peso é outra força, mas esta é a força da gravidade. Você não precisa tocar a terra para ser puxado para baixo pela gravidade!
Independentemente de os objetos estarem se tocando ou não, se houver uma interação, haverá pelo menos um par de forças nessa interação. A bolsa que você está arrastando pelo chão exerce uma força oposta ao atrito. Quando você pressiona o pedal do acelerador do carro, o pedal empurra de volta para o seu pé. Mesmo estando de pé no chão, a gravidade o puxa para baixo e, ao mesmo tempo, o chão o empurra para cima.
Forças podem ser equilibradas
Freqüentemente, o par de forças está equilibrado , o que significa que as forças são iguais em tamanho e direções opostas. Quando isso acontecer, o objeto manterá seu estado de movimento. Quando você está parado em uma superfície, está interagindo com o solo, mas pode não notar porque as forças na interação estão equilibradas. A gravidade está puxando você para baixo tanto quanto o chão o empurra para cima.
Pense em uma grande cesta pendurada em uma corda. Se estiver apenas pendurada sem se mover, a cesta também estará envolvida em uma interação e experimentará forças equilibradas. A tensão para cima na corda tem a mesma magnitude que o peso da cesta puxando para baixo, mas as forças estão em direções opostas, então elas essencialmente se cancelam.
Quando um objeto permanece em seu estado de movimento, dizemos que ele está em equilíbrio mecânico . Isso ocorre quando não há mudança no estado de movimento de um objeto. Para escrever isso, usamos a equação:
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O símbolo ‘sigma’ significa ‘soma vetorial de’ e ‘F’ são as forças. O que estamos dizendo é que a soma vetorial das forças é zero – porque lembre-se, a força é uma quantidade vetorial, então é a soma dos vetores.
Uma vez que o equilíbrio é um estado de «nenhuma mudança», ele não se limita a objetos em repouso. O estado de movimento também inclui objetos que viajam em um caminho de linha reta. E, enquanto as forças estiverem equilibradas, esse objeto continuará viajando nesse caminho em linha reta.
Pegue uma bola de boliche, por exemplo. Se você mandar uma bola de boliche rolando pela pista e ela rolar a uma velocidade constante, ela permanecerá em equilíbrio até atingir os pinos. Isso ocorre porque a soma vetorial das forças na bola ainda é zero, embora ela esteja se movendo!
Vejamos outro exemplo. Um avião voando a uma velocidade constante (ou seja, voando a uma velocidade e direção constantes ) está em equilíbrio porque o impulso da hélice o empurra para a frente na mesma magnitude que a resistência do ar oposta. Como as forças estão agindo em direções opostas, mas são iguais em magnitude, as forças estão equilibradas e o objeto em movimento está em equilíbrio – um estado sem mudança.
Para distinguir entre os dois, especificamos o equilíbrio para objetos estacionários como equilíbrio estático e o equilíbrio para objetos em movimento como equilíbrio dinâmico . Mas lembre-se, ambos são equilíbrio mecânico.
Forças podem ser desequilibradas
Como você provavelmente já experimentou, as forças nem sempre estão equilibradas. Forças desequilibradas ocorrem quando as forças não são iguais em magnitude, o que causa uma mudança no estado de movimento do objeto.
Se sua mesa de centro estiver parada na sala de estar, você pode movê-la empurrando-a, o que resulta em uma força desequilibrada. Aquela bola de boliche de antes? Quando atinge os pinos, há uma nova interação com os pinos e uma força desequilibrada resultante que interrompe o caminho da bola e derruba os pinos.
As forças desequilibradas podem ser consideradas como o início ou a interrupção do movimento. Objetos em repouso não precisam de força para permanecer em repouso, mas uma força desequilibrada é necessária para fazê-los se mover. Da mesma forma, um objeto em equilíbrio dinâmico não precisa de força para mantê-lo em movimento (desde que não haja atrito). Mas para impedi-lo de continuar ao longo de seu caminho em linha reta, uma força desequilibrada é necessária.
Resumo da lição
Uma força é o empurrão ou puxão resultante de uma interação entre objetos. Embora possa não parecer, mesmo quando você está parado, você está envolvido em uma interação. Você está sendo puxado para baixo pela gravidade e, ao mesmo tempo, o chão em que você está o empurra de volta para cima.
A razão pela qual você pode não notar as forças é porque elas estão equilibradas . Isso significa que as forças são iguais em tamanho e opostas na direção. O puxão para baixo é da mesma magnitude que o impulso para cima, mas na direção oposta, então eles essencialmente se cancelam.
Objetos em movimento também podem experimentar forças equilibradas, como um avião voando pelo céu a uma velocidade constante.
Quando um objeto não muda em seu estado de movimento, ele está em equilíbrio . Expressamos isso como:
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Ou a soma vetorial das forças é zero. Usamos o termo equilíbrio estático para objetos em repouso e equilíbrio dinâmico para objetos em movimento que têm velocidade constante.
Quando a magnitude das forças em uma interação não são iguais, as forças são desequilibradas . Uma força desequilibrada é necessária para alterar o estado de movimento de um objeto em equilíbrio, independentemente de o objeto estar em repouso ou em movimento em linha reta.
Resultados de Aprendizagem
Após esta lição, você deve ser capaz de:
- Definir força
- Diferencie entre forças equilibradas e desequilibradas
- Descreva os dois tipos de equilíbrio: estático e dinâmico
- Identifique a equação usada para representar o equilíbrio mecânico