FORÇAS E LEIS DE NEWTON

FORÇAS E LEIS DE NEWTON
FORÇAS
Forças são influências que os corpos
podem exercer entre si, capazes de alterar suas
velocidades e/ou produzir deformações sobre
eles. As forças ocorrem quando dois ou mais
corpos interagem entre si.
As forças são representadas por
segmentos de reta orientados (setas) chamados
vetores, que indicam a direção, o sentido e o
valor da força. No sistema internacional de
unidades (S.I.), o valor de uma força é expresso
em newtons (N). Uma outra unidade utilizada
para medir forças é quilograma-força (kgf),
sendo que 1kgf  9,8N.
Em geral, um corpo pode estar sujeito à
ação de mais de uma força ao mesmo tempo.
Nesse caso, as diferentes forças podem ser
combinadas matematicamente de modo a se
obter a força resultante. A maneira adequada de
se fazer tal combinação depende de cada caso
que se considera. Observe os exemplos,
considerando: F1 = 8N, F2 = 6N e F3 = 3N.
Há também as forças de campo, como a
da gravidade, a elétrica e a magnética, que
atuam entre objetos que não estão em contato
direto. É a chamada ação à distância. As teorias
atuais dizem que tais forças são transmitidas à
distância de um corpo a outro pela troca entre
eles das denominadas partículas mensageiras,
como o fóton, que é a partícula mensageira da
força eletromagnética. O gráviton seria a
partícula mensageira da força gravitacional, mas
até agora nenhum gráviton foi detectado, de
modo que a teoria ainda necessita de uma
confirmação experimental.
Newton estabeleceu um conjunto de leis
que nos permitem, a partir da identificação das
forças que atuam sobre um corpo, prever como
será seu comportamento resultante.
1a lei de Newton – Lei da Inércia
Quando um corpo está completamente livre da
ação de forças, ou então as forças que
eventualmente
atuarem
sobre
ele
se
cancelarem exatamente (FR = 0), ele pode estar
em repouso ou em movimento retilíneo uniforme
(movimento em linha reta com velocidade
constante).
Os corpos apresentam uma tendência natural
de manterem seu estado. Por inércia, um corpo
inicialmente
em
repouso
permanecerá
indefinidamente em repouso até que alguma
força atue sobre ele. Um corpo que apresenta
um movimento em linha reta com velocidade
constante, por inércia se manterá assim até que
alguma força interfira sobre ele.
2a lei de Newton – Princípio Fundamental da
Dinâmica
Os principais tipos de forças conhecidas
estão relacionadas às maneiras pelas quais
podemos influenciar os objetos. As forças de
tração ocorrem quando puxamos diretamente
um objeto através de uma corda, por exemplo.
A corda ou o fio transmite a força que aplicamos
até o objeto. A força normal ocorre quando um
corpo está apoiado (encostado) em outro, sendo
uma força de contato entre ambos, sempre
perpendicular à superfície de apoio. As forças
de atrito surgem quando se tenta deslocar um
objeto apoiado em uma superfície que não é
perfeitamente lisa.
Quando forças atuarem sobre um corpo, o efeito
resultante que elas produzem sobre ele é a
alteração de sua velocidade (desde que tais
forças não se anulem mutuamente), originando
uma aceleração. Isso pode ser expresso através
da equação:
FR = m.a
FR :
força resultante sobre o corpo, medida
em newtons (N).
m :
massa do corpo, medida no S.I. em
quilogramas (kg)
a :
aceleração adquirida pelo corpo devido a
ação das forças sobre ele (m/s2)
3a lei de Newton – Princípio de Ação e
Reação
Se um corpo A exerce uma força sobre outro
corpo B, o corpo B reage aplicando sobre A
uma força de mesmo valor, mesma direção,
mas de sentido contrário.
FAB : força que o corpo A exerce sobre o
corpo B.
FBA : força que o corpo B exerce sobre o
corpo A.
De acordo com a lei de ação e reação:
FAB = FBA
Forças que formam um par ação e reação,
apesar de terem o mesmo valor e sentidos
contrários, nunca se cancelam, pois estão
aplicadas em corpos diferentes. Só é possível
que duas ou mais forças se anulam se elas
estiverem aplicadas no mesmo corpo.
A aplicação das leis de Newton na
resolução de problemas envolve três passos
básicos. Primeiramente deve-se analisar a
situação, colocando as forças que atuam em
cada corpo de interesse. Em segundo lugar,
determinar a expressão adequada para a força
resultante em cada um e escrever a segunda
lei. Por fim, resolver o sistema de equações
obtido para encontrar as grandezas solicitadas
no problema.
PESO E MASSA
Todo corpo nas proximidades do centro
da Terra (seja na superfície, nas proximidades
da superfície ou mesmo no interior da Terra) é
atraído por uma força dirigida para o centro da
Terra, denominada força peso ou força da
gravidade. Tal força é a responsável pelo fato
dos corpos caírem quando abandonados de
certa altura, por conseguirmos ficar sobre o
chão e não sairmos voando pelo espaço, por
manter a lua e os satélites artificiais orbitando
em torno da Terra, entre outros. O valor da força
peso sobre um corpo de massa m é dado por:
P = m.g
Sendo g a aceleração da gravidade no local
onde o corpo está. Na superfície da Terra, g
tem módulo de aproximadamente 9,8m/s2,
variando com a altitude e a latitude do local.
Apesar de utilizarmos os termos peso e
massa como sinônimos em nosso cotidiano,
fisicamente há uma diferença importante entre
eles. O peso é uma força que atua sobre um
corpo, tendo além de valor, direção e sentido,
Por outro lado, a massa é uma propriedade
escalar do corpo associada à sua inércia, e
representando uma medida da quantidade de
matéria presente no mesmo. A massa de um
corpo não depende do local em que ele se
encontra.
A força peso não atua apenas na Terra.
Tanto a lua, como o Sol e os demais planetas e
estrelas possuem gravidade no sentido de que
são capazes de atrair corpos em suas
proximidades. O que os diferencia, é o valor da
aceleração da gravidade e consequentemente,
da força peso que exercem sobre um mesmo
corpo. Por exemplo, na lua, g = 1,67 m/s2. Isso
significa que se um corpo vai da Terra para a
lua, sua massa não se altera, mas seu peso (a
força com que será atraído) se modifica. Um
corpo abandonado numa região do espaço em
que g = 0, não terá peso, mas continuará tendo
massa.
Exercícios:
1. Assinale a alternativa correta
a) Um corpo, cuja resultante das forças que atuam
sobre ele é nula, está necessariamente em repouso
b) Duas forças que constituem um par ação e reação
se cancelam pois tem mesmo valor, mesma direção
mas sentidos opostos
c) Se uma pedra é trazida da Lua para a Terra, tanto
seu peso quanto sua massa se alteram
d) Para manter um corpo em movimento retilíneo
uniforme, é necessário que as forças que atuam
sobre ele produzam uma força resultante não nula
e) A reação ao peso de um corpo que se encontra
nas proximidades da Terra, é uma força aplicada
pelo corpo no centro da Terra.
2..Um motorista dirige seu automóvel com
velocidade de 90 km/h, quando percebe um sinal de
trânsito fechado. Neste instante, o automóvel está a
100 m do sinal. O motorista aplica os freios, impondo
ao carro uma desaceleração de 2,5 m/s2, até que
este atinja o repouso.
a) o automóvel pára antes do sinal ou após
ultrapassá-lo ?
b) se a massa do automóvel é de 720 kg e a do
motorista de 80 kg, calcule a força resultante que
atua sobre o conjunto automóvel-motorista durante a
freada.
3. Dois blocos A e B, de massas, respectivamente,
iguais a 3,0 kg e 2,0 kg, movimentam-se juntos sobre
uma superfície horizontal e perfeitamente lisa. F é uma
força de intensidade de 30 N aplicada ao bloco A.
Determine a aceleração do sistema e a intensidade da
força que B exerce em A.
a)..Determine o módulo da força resultante que atua
em P.
b)..Represente na figura a força resultante.
c)..Se a força obtida em a) fosse a resultante sobre
um corpo de 2kg, e atuasse durante 4s, a partir do
repouso, quanto se deslocaria esse corpo?
7. Um semáforo pesando 100 N está pendurado por
três cabos conforme ilustra a figura. Os cabos 1 e 2
fazem um ângulo  e  com a horizontal,
respectivamente.
4. Três blocos A, B e C estão ligados por fios ideais,
movendo-se sem atrito e sendo a polia ideal.
Determine a aceleração do sistema e as
intensidades das forças de tração nos fios.
Dados:
mA = 1,0 kg.
mB = 2,0 kg.
mC = 7,0 kg.
Considerando o caso em que  = 30° e  = 60°,
determine as tensões nos cabos 1, 2 e 3.
5. Os corpos A e B são puxados para cima com
aceleração de 2,0m/s², por meio da força F,
conforme o esquema a seguir.
Sendo mA=4,0kg, mB=3,0kg, determine o módulo da força de tração na
corda que une os corpos A e B, bem
como o módulo de F.
6. O ponto material P, representado na figura a
seguir, está submetido às três forças indicadas.
8..Sabendo-se que o sistema a seguir está em
equilíbrio, qual é o valor da massa M quando os
dinamômetros indicam 100N cada um?