DA TERRA À LUA INTERAÇÃO ENTRE CORPOS Uma interação
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DA TERRA À LUA INTERAÇÃO ENTRE CORPOS Uma interação entre dois corpos significa uma ação recíproca entre os mesmos. As interações, em Física, são traduzidas pelas forças que atuam entre os corpos. Estas forças podem ser forças de contacto ou forças à distância. Numa força de contacto, o corpo sobre o qual é exercida a força está em contacto físico com o corpo que exerce a força. Quando cessa o contacto, a interação deixa de se manifestar. Por exemplo, para uma pedra colocada em cima de uma mesa existe uma interação devida a duas forças de contacto, como mostra a figura: FP/M FM/P - Força exercida na mesa pela pedra FP/M - Força exercida na pedra pela mesa FM/P Numa força à distância, o corpo sobre o qual é exercida a força não precisa de estar em contacto com o corpo que exerce a força. Por exemplo, entre dois ímanes existe uma interação devida a duas forças à distância, como mostra a figura: FA/B Íman A FB/A Íman B FA/B - Força exercida no íman A pelo íman B FB/A - Força exercida no íman B pelo íman A FORÇAS FUNDAMENTAIS Todas as forças da Natureza podem ser agrupadas em quatro forças fundamentais: Gravitacional – força que os corpos com massa exercem uns sobre os outros e é sempre atrativa. Eletromagnética – manifesta-se entre partículas com carga elétrica e pode ser atrativa ou repulsiva. Nuclear forte – responsável pela estabilidade nuclear, ou seja, a força que une protões e neutrões no interior do núcleo. Nuclear fraca – responsável pela transformação de certos núcleos em que um neutrão se transforma num protão, ou vice-versa. A tabela seguinte apresenta o alcance e a intensidade relativa de cada força. Força Intensidade Alcance Gravitacional 10-40 Infinito Eletromagnética 10-2 Infinito Nuclear forte 1 10-15 m Nuclear fraca 10-5 10-18 m TERCEIRA LEI DE NEWTON As forças atuam sempre aos pares, denominados pares ação-reação. As duas forças do par ação-reação têm: A mesma linha de ação. A mesma intensidade. Sentidos opostos. Pontos de aplicação em corpos diferentes. Exemplo: A interação entre dois ímanes é constituída por um par ação-reação. FA/B FB/A Íman A Íman B FA/B - Força exercida no íman A pelo íman B FB/A - Força exercida no íman B pelo íman A FA/B / FB/A par ação - reação LEI DA GRAVITAÇÃO UNIVERSAL Dois corpos de massas M e m atraem-se exercendo, um sobre o outro, uma força cujo valor é diretamente proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância, r, que os separa. F G Mm r2 Onde G é a constante de proporcionalidade, designada por Constante de Gravitação Universal, cujo valor é: G 6,67 1011 N m2 kg-2 Na figura seguinte estão representadas as forças de interação gravitacional entre dois corpos de massa m e M. F´ F As forças F e F ´ constituem um par ação-reação. EFEITO DAS FORÇAS NA VELOCIDADE Sempre que um corpo sofre a ação de uma ou mais forças de resultante não nula, a sua velocidade é alterada. A velocidade pode variar em módulo e/ou em direção. Para um corpo em repouso podem ocorrer as seguintes situações: Se não atuar nenhuma força ou se a resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula, o corpo permanece em repouso. FR 0 v 0 a0 Se atuar uma força ou se a resultante das forças que atuam sobre um corpo não for nula, o corpo passa a mover-se. FR 0 v 0 a0 Para um corpo a mover-se com velocidade constante podem ocorrer as seguintes situações: Se não atuar nenhuma força ou se a resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula, o corpo mantém a sua velocidade. FR 0 v k Movimento Uniforme a0 Se atuar uma força ou se a resultante das forças que atuam sobre um corpo não for nula, com a mesma direção e sentido do movimento, o corpo passa a mover-se com movimento acelerado. FR 0 v com o mesmo sentido de F R Movimento acelerado a0 Se atuar uma força ou se a resultante das forças que atuam sobre um corpo não for nula, com a mesma direção e sentido contrário do movimento, o corpo passa a mover-se com movimento retardado. FR 0 v com sentido contrário a F R Movimento retardado a0 Se atuar uma força ou se a resultante das forças que atuam sobre um corpo não for nula, que não tenha a mesma direção do movimento, o corpo passa a mover-se com movimento curvilíneo. FR 0 v com direção diferente de F R Movimento curvilíneo a0 ACELERAÇÃO MÉDIA Indica a variação da velocidade num intervalo de tempo. v am t Num movimento retilíneo e acelerado, a aceleração média tem sempre a mesma direção e sentido do movimento como mostra a figura: Num movimento retilíneo e retardado, a aceleração média tem sempre a mesma direção e sentido oposto ao do movimento como mostra a figura: Num movimento curvilíneo, a aceleração média tem uma direção diferente do movimento como mostra a figura: ACELERAÇÃO Indica a variação da velocidade por unidade de tempo. Enquanto a aceleração média se refere a um intervalo de tempo, a aceleração diz respeito a um instante. O valor da aceleração num dado instante pode ser calculado a partir do declive da tangente ao gráfico velocidade-tempo. SEGUNDA LEI DE NEWTON A resultante das forças, FR , que atuam sobre um corpo é diretamente proporcional à aceleração, a , que ele adquire, sendo a constante de proporcionalidade a massa, m, ou seja: FR ma QUEDA LIVRE Um corpo que cai ou é lançado para cima em condições que permitam desprezar a resistência do ar, após o instante inicial fica sujeito apenas à interação gravitacional e diz-se que está em queda livre. Exemplo: Se considerarmos a queda de uma maçã de uma macieira, como mostra a figura ao lado, essa maça fica sujeita à força gravitacional, cujo valor é dado pela expressão: F G Mm r2 Sendo, M, a massa da Terra, m, a massa da maçã e, r, o raio da Terra. Como a maçã está em queda livre, esta é a única força que atua sobre a maçã, ou seja, é igual à força resultante. FR F ma G Mm M a G r2 r2 Como a Terra tem uma massa de 5,98×1024 kg e um raio de 6,4×106 m, obtém-se: M 5,98 1024 11 a G 2 a 6,67 10 a 9,8 m s- 2 6 2 r (6,4 10 ) Este é o valor da aceleração da maçã ou de outro corpo qualquer, em queda livre próximo da Superfície da Terra, designado por valor da aceleração da gravidade (g). g 9,8 m s-2 Conclusão: Para um corpo em que livre: FR ma P mg PRIMEIRA LEI DE NEWTON Se a resultante das forças, FR , que atuam num corpo for nula ( FR 0 ), o corpo ou está em repouso ou move-se com movimento retilíneo e uniforme. MOVIMENTO SEGUNDO ARISTÓTELES, GALILEU E NEWTON Segundo Aristóteles, para manter um corpo em movimento, é necessário que atue uma força sobre ele. Para Galileu, na ausência de uma força, um objeto continua a mover-se com movimento retilíneo e com velocidade constante (Lei da Inércia). De acordo com Newton, qualquer corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme se a resultante das forças que atuam sobre esse corpo for nula (1ª Lei de Newton).
